Введение к работе
. Диссертация посвящена изучению топологической структуры магнитных полей, теоретическому анализу поведения плазмы и быстрых частиц в сильных магнитных полях и расчетам наблюдаемого жесткого рентгеновского излучения при падении ускоренных частиц на плазму. Физические условия, при которых справедливо проведенное в диссертации исследование, характерны для некоторых астрофизических объектов, большая часть диссертации (пять глав из шести) описывает ситуацию, реализующуюся в активных областях Солнца и во время солнечных вспышек.
Актуальность темы. Солнечная вспышка - сложное и разветвлен-.ное явление взрывного-типа, происходящее в атмосфере Солнца в результате быстрого превращения энергии электрических токов в энергию мощных гидродинамических движений плазмы, потоков тепла, излучения и ускоренных частиц. Наблюдения вспышек имеют всесторонний, комплексный характер и свидетельствуют о том, что такое преобразование энергии осуществляется в процессе магнитного пересо-едиисния. Успехи космических исследований вспышек стимулировали развитие теоретических работ по физике плазмы, переносу излучения и ускоренных частиц, разработку механизмов быстрого пересоединения з токовых слоях и ряда других физических проблем с целью понять это интереснейшее явление. В настоящее время накоплен обширный экспериментальный материал, анализ которого может дать ключ к более глубокому пониманию физических процессов, происходящих на Солнце.
С практической точки зрения изучение вспышек также представляет собой важную задачу, поскольку жесткое электромагнитное и корпускулярное излучения вспышек приводят к заметным возмущениям физических условий и радиационной обстановки в межпланетном
пространстве и в магнитосфере Земли. Выделяющаяся во вспышке энергия вызывает многочисленные вторичные процессы. В настоящее время считается, что более 10% всей энергии вспышки приходится на ускоренные частицы к именно они в основном определяют сложную . наблюдаемую картину вспышки.
Научная новизна и практическая ценность работы. Большая часть представленных результатов получена впервые. Проведен анализ топологических особенностей потенциального магнитного поля, найде-: ны топологически неэквивалентные конфигурации общего положения, исследованы условия образования нулевых линий поля.
Предложен метод решения уравнений МГД в приближении сильно
го поля, впервые получены аналитические решения, описывающие дви- .
жение плазмы в поле переменного магнитного диполя. При помощи ва
риационного принципа найден класс всех азимутально-симыетричных
бессиловых полей, однородных вдоль оси симметрии. Предсказан новый
.эффект флуктуацйоньаго сгребания плазмы, развитая теория приме
нена к проблеме формирования и устойчивости спокойных протуберан
цев. "'''.!.' '-'. '"'''.."'-'''
Найдена проинтегрированная по объему генерации функция распределения ускоренных электронов, определены характеристики жесткого рентгеновского излучения вспышек с одновременным учетом многократного рассеяния и энергетических потерь электронов, а также отражения фотонов от фотосферы. Для задачи отражения разработан приближенный метод решения уравнения переноса фотонов, учитывающий фотопоглощение и изменение частоты при комптоновском рассеянии.
Исследован новый механизм излучения ультрарелятивистских элек
тронов, движущихся в среде в сильном магнитном поле (магнитокуло-
новское излучение). Найдено сечение столкновения, сопровождающего
ся переходами между разными уровнями Ландау. Рассчитаны спектр
и поляризация возникающего излучения. Определены условия,-при ко
торых излучение вносит основной вклад в энергетические потери элек
тронов. .,
- После опубликования работ, составивших основу диссертации, по-
явилось значительное количество публикаций, посвященных развитию топологической модели, применению ее в описанию наблюдаемых проявлений конкретных вспышек, исследованию связи вспышек с изменениями поле. Магнитокулоновское излучение рассматривается в качестве элементарного процесса при исследовании свойств компактных астрофизических объектов, имеющих сильные магнитные поля. Развитый метод расчета рентгеновского излучения использован при обработке спектров, полученных в ходе советско-французского эксперимента СНЕГ-2МЗ на борту КА "Вепера-ІЗД'Г, и может быть использован в будущих экспериментах.
Достоверность полученных результатов обусловлена четкой физической постановкой изучаемых задач, использованием современного аппарата различных областей теоретической физики, адекватного рассматриваемым задачам, и анализом условий применимости используемых приближений..
На защиту выносятся следующие основные положения,
-
В потенциально» магнитном поле, образованном группой из четырех пятен попарно противоположной полярности существуют три топологически неэквивалентные конфигурации общего положения. Топология реального бессилового магнитного поля может совпадать с топологией одной из трех конфигураций.
-
Новый метод решения уравнений идеальной МГД в приближении сильного поля, позволяющий свести задачу определения скорости и плотности плазмы к решению обыкновенного дифференциального уравнения. ":'.,
-
Флуктуации неоднородного магнитного поля могут приводить к систематическому течению плазмы и образованию плазменных конденсаций даже в том случае, когда систематическое изменение поля отсутствует. Флуктуации, обусловленные распространением альвенов-ских волн, могут объяснить начальную стадию образования спокойных протуберанцев и их устойчивость.
-
При расчетах жесткого рентгеновского излучения солнечных вспышек можно пребречь отражением ускоренных частиц от фотосферы. Это обстоятельство позволяет найти проинтегрированную по
области генерации функцию распределения частиц, по которой затем определяются интенсивность тормозного излучения и поляризационная матрица плотности тормозных фотонов.
-
Отражение фотонов от фотосферы н релятивистские эффекты в тормозном излучении окалывают существенное влияние на спектр и поляризацию жесткого рентгеновского излучения солнечных шш-шек. При степенном спектре инжектируемых электронов наблюдаемый энергетический спектр фотонов отличается от степенного. Его форма зависит от угла наблюдения вспышки на диске Солнца, or показателя спектра электронов, от их углового распределения, а также от энергетического диапазона.
-
При движении электрона в среде вдоль силовых линий магнитного поля кулоновские столкновения приводят к возбуждению поперечных уровней Ландау. Затем электрон переходит на более низкие уровни за счет радиационных процессов. В полях ~ 1011 - 1012 Гс, характерных для пульсаров, этот механизм излучения может вносить основной вклад в энергетические потери ультрарелятишістских электронов.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, были доложены и обсуждались на следующих конференциях" и семинарах.
-
Общемосковский семинар "Физика Солнца и космическая электродинамика", рук. Б.В.Сомов.
-
Общемосковский семинар "Астрофизика", рук. В.Л.Гинзбург.
-
На ежегодном семинаре "Проблемы физики солнечных вспышек".
-
20-я международная конференция по космическим лучам. Москча. 1987 г.
5. Симпозиум N 138 международного астрономического союза,
Киев, 1989 г.
Публикации. Диссертация написана на основе 23 работ, список работ приведен в конце реферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, четырех приложений, заключения, библиографии из
215 наименований. Она содержит 33 рисунка, 1 таблицу. Общий объем диссертации составляет 187 страниц, напечатанных с использованием редактора 1Щ$С.
