Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №2 за 2003 год

Изотопное обилие менее летучих элементов в солнечной атмосфере, очевидно, очень схоже с земным, лунным и метеоритным. Благодаря этим элементам возможно сделать заключение о величине изотопного фракционирования при изменяющихся условиях в областях, являющихся источниками солнечного ветра. Иногда солнечный ветер – единственный источник информации, важной для исследований в области космохимии и астрофизики. Знание изотопного состава ВКЗ даст информацию о ранней солнечной туманности, из которой образовалось Солнце, и об истории Солнечной системы.

Солнечный ветер оказывает заметное влияние на все планеты, он, подобно конвейерной ленте, переносит последствия событий, происходящих на солнечной поверхности, в межпланетное пространство. Когда он сталкивается с удаленным небесным телом, то вызывает в пространстве вокруг него изменения электрических свойств, что может оказывать значительные воздействия на атмосферу планет, и особенно на их собственное магнитное поле, в том случае, если оно есть. Поток солнечного ветра настигает и нашу мирно движущуюся по своей околосолнечной орбите планету. Но его встречает и блокирует оболочка Земли, называемая магнитосферой. Обтекая магнитосферу, солнечный ветер делает ее похожей на бутылку, «дно» которой обращенно к Солнцу. Узкое же «горлышко» этой бутылки именуется хвостом магнитосферы.

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.

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.

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.

В наши дни «в погоню» за солнечной материей отправился аппарат Genesis. Его траектория была выбрана таким образом, чтобы корабль и его научные инструменты находились на достаточном удалении от геомагнитного поля Земли, что позволит собрать частицы солнечного ветра до их взаимодействия с магнитным полем нашей планеты. Целых два года из запланированных трех Genesis будет собирать солнечную материю. Самое большое значение в его работе придается исследованию изотопов кислорода, который, после водорода и гелия, является в Солнечной системе самым распространенным элементом. Всего же Genesis соберет от 10 до 20 мкг элементов солнечного ветра – а это вес нескольких крупинок соли, – представляющих интерес для ученых. Капсула с пробами вещества отделится от космического аппарата в 2004 году и будет доставлена на Землю для высокоточных измерений его химического и изотопного составов. Каталогизированные пробы, которые предполагается хранить в сверхчистых условиях, будут доступны для исследования учеными всего мирового сообщества. Возможно, что частицы солнечного ветра смогут приблизить человечество и к решению загадки зарождения жизни, ведь согласно предположению некоторых астрофизиков частицы космической пыли, окружающие нашу планету, после воздействия на них солнечного ветра могут превращаться в органические «кирпичики жизни», способные проникать сквозь земную атмосферу, не сгорая в ней. И хотя окончательно влияние солнечного ветра на возникновение жизни не доказано, ни у кого не вызывает сомнения тот факт, что все живое на Земле зависит от Солнца.