«ZINĀTNE UN TEHNIKA». 1983. g. Nr. 7., 6. – 7. lpp.


Saules uzliesmojumi
ANDREJS SPEKTORS

Saules uzliesmojums ir iespaidīga fizikāla norise, kuras laikā Saule izstaro rentgena un gamma starojumu, ultravioleto un korpuskulāro starojumu, kas visi lielākā vai mazākā mērā ietekmē procesus uz Zemes.


LĪDZĀS TUMŠAJIEM VEIDOJUMIEM — plankumiem, reizēm uz Saules var novērot ari nelielus spilgtus apgabalus. Taču līdz pat mūsu gadsimta 40. gadiem to uzskatīja galvenokārt par interesantu parādību, kam, šķita, nav nekādas praktiskas nozīmes. Novērojumi gan rādija, ka zināmu laiku pēc šādiem uzliesmojumiem nereti var novērot intensīvas polārblāzmas. Tomēr regulāri šos procesus nepētīja. Un tikai pēc tam, kad otrā pasaules kara laikā angļu radiolokācijas iekārtās atklāja nezināmas izcelsmes traucējumus, radās doma, ka to cēlonis varētu būt Saule.

     Uzliesmojumi ir galvenais faktors, kas nosaka radiācijas apstākļus kosmiskajā telpā, kā ari jūtami ietekmē Zemes atmosfēras augšējos slāņus. Savukārt augšējās atmosfēras īpašības iespaido radioviļņu izplatīšanos.

     Nosaukums «Saules uzliesmojums» izveidojies vēsturiski un pilnībā neraksturo visus sarežģītos procesus tās atmosfērā. Sākotnēji Sauli novēroja tikai vizuāli, tad radīja instrumentus novērojumiem optiskajā diapazonā un pēc tam radiodiapazonā. Bet, tikai paceļot speciālus instrumentus kosmosā, radās iespēja konstatēt, ko bez optiskajiem un radio viļņiem izstaro Saule.

     Novērojumi rādīja, ka atsevišķās spektrāllīnijās starojuma intensitāte nelielos spīdekļa virsmas apgabalos palielinās daudz biežāk nekā nepārtrauktajā spektrā. Šādu parādību tad arī nosauca par Saules uzliesmojumu.

     Uzliesmojumi ir pati varenākā Saules aktivitātes izpausme. Dažu minūšu laikā spīdekļa atmosfēras nelielā apgabalā izdalās milzīga enerģija — 1025 džouli. Šādu enerģijas daudzumu Zeme no Saules saņem aptuveni trīs gados. Uzliesmojuma laikā daudzkārt palielinās ultravioletais, rentgena un korpuskulārais starojums, kuri, sasnieguši Zemi, rada pārmaiņas tās augšējā atmosfērā . un apkārtējā kosmiskajā vidē.

     Tālākie pētījumi citos elektromagnētiskā spektra diapazonos, kā arī paātrināto daļiņu reģistrācija ļāva secināt, ka optiskajā diapazonā novērojamās parādības ir tikai daudz grandiozāku notikumu sekundāra izpausme.

     Mūsu zināšanas par Saules uzliesmojumiem ir stipri atkarīgas no novērošanas instrumentu tehniskajām iespējām. Lai gan teorētiskie pētījumi dod lielu ieguldījumu dažādu procesu izskaidrošanā, jebkurš teorētisks rezultāts ir jāapstiprina novērojumos. Bet tieši šeit rodas grūtības, jo teorētiski parasti aplūko vai nu strauji mainīgus, vai ļoti mazos Saules atmosfēras apgabalos notiekošus procesus. Novērošanas instrumenti, palielinoties to telpiskajai izšķirtspējai, kļūst sarežģītāki un, reģistrējot īslaicīgus procesus, nav tik jutīgi. Tomēr mūsdienās teorētisku un praktisku pētījumu rezultātā par uzliesmojumiem iegūts visai konkrēts priekšstats.


ASTRONOMI NOSKAIDROJUŠI, ka uzliesmojums notiek nevis uz Saules virsmas, bet gan tās atmosfērā. Parādības, kuras novēro visbiežāk, ir tikai procesa dala. Uzliesmojuma enerģijas lielākā daļa izstaro jās nevis redzamajā, bet gan citos starojuma diapazonos. Turklāt tā kompleksā attīstībā izcila nozīme ir dažādām elementārdaļiņām, kas paātrinās uzliesmojuma apgabalā. PSRS ZA P. Ļebedeva Fizikas institūta un citu Maskavas zinātniskās pētniecības iestāžu līdzstrādnieki ievērojamā astronomfiziķa teorētiķa profesora S. Sirovatska (1925—1979) vadībā izstrādājuši uzliesmojuma teorētisko modeli. Par šo darbu ciklu zinātniekiem 1982. gadā piešķīra PSRS Valsts prēmiju.

     LPSR ZA Radioastrofizikas observatorijā līdzās Saules uzliesmojumu pētījumiem radiodiapazonā, kas turpinās jau vairāk nekā divdesmit gadu, pēdējā laikā strauji attīstās arī uzliesmojumu fizikālo procesu matemātiskā modelēšana, kuru ieteicis S. Sirovatskis.

     Vienkāršoti uzliesmojuma kopainu var aprakstīt šādi. Vispirms caur fotosfēru (redzamo virsmu) parādās jeb kopā ar plazmu no Saules dzīlēm uzpeld jauns magnētiskais lauks. Tā intensitāte parasti ir simtiem reižu lielāka nekā mierīgas Saulei magnētiski lauka intensitāte. Tādējādi Saules atmosfērS veidojas aktīvais apgabals. Vietas, kur fotosfēru šķērso spēcīgais magnētiskais lauks, parādās tumšāki laukumi — tā sauktie plankumi, kas ir aktivitātes pieauguma pirmā pazīme. Vienlaikus nedaudz mainās ari Saules atmosfēras augšējo slāņu starojuma īpašības — pieaug rentgenstarojuma un radiostarojuma intensitāte,

     Parasti aktīvajā apgabala izveidojas vesela plankumu grupa. Visbiežāk tā ir bipolāra, tas ir, sastāv no plankumiem ar abu polaritāšu magnētiskajiem laukiem, pie tam rietumu pusē izvietojas vienas polaritātes plankumi, bet austrumu — otras. Parasti plankumi pirms uzliesmojumiem pakāpeniski pārkārtojas, vienas magnētiskas polaritātes plankumiem iespiežoties apgabalā ar pretējas polaritātes plankumiem. Rezultātā veidojas tā sauktais jauktu polaritāšu aktīvais apgabals. Bet reizēm, lai gan ļoti reti, aktīvais apgabals jau kops rašanās ir multipolārs.

     Attīstības maksimumā aktīva apgabala izmēri var sasniegt 150000 kilometru. Pretējas polaritātes plankumus savā starpā saista magnētiskās spēka līnijas, kas iestiepjas dažādos Saules atmosfēras slāņos arku veidā.

     Magnētisko lauku spēka līniju mijiedarbības rezultātā Saules atmosfērā, aptuveni līdz 50000 kilometru augstumā virs fotosfēras, veidojas slāņi, kuros magnētiskā lauka intensitāte ir nulle. Abās šo slāņu pusēs magnētiskā lauka spēka līnijas ir virzītas pretēji. Spēcīgais magnētiskais lauks no abām pusēm šeit saspiež lielu Saules atmosfēras plazmas masu, un tādējādi veidojas slānis, kurā kustas elektriski uzlādētas daļiņas, tātad tajā plūst strāva. Šādu veidojumu sauc par neitrālo strāvas slāni. Tas arī ir uzliesmojuma enerģijas izlādēšanās avots jeb vieta, kur Saules aktīvā apgabala magnētiskā lauka enerģija pārtop citos enerģijas veidos.

     Neitrālajā strāvas slānī valda īpatnēji fizikāli apstākli. Tas ir ļoti plāns, kvazistacionārs veidojums, kurā plazmas blīvums var miljoniem reižu pārsniegt apkārtējās Saules atmosfēras blīvumu. Šo slāni satur kopā spēcīgs magnētiskais lauks, kurš, spēka līnijām pārvietojoties, savāc no apkārtējās atmosfēras augšējiem un apakšējiem apgabaliem arvien jaunu plazmas daudzumu. Vienlaikus paralēli magnētiskā lauka spēka līnijām no strāvas slāņa uz visām pusēm aizplūst plazma. Tajā pašā laikā strāvas slāņa vidū tā enerģija pakāpeniski samazinās, tas ir, aizplūst no tā starojuma un siltuma plūsmu veidā vienmērīgi uz visām pusēm. Daļa šīs enerģijas, nokļuvusi Saules atmosfēras blīvākajos (apakšējos) slāņos, absorbējas, izraisot to sasilšanu un izplešanos. Turpretī siltuma plūsmas var izplatīties tikai paralēli magnētiskā lauka spēka līnijām. Tādējādi sasilst vienīgi stingri ierobežoti Saules apakšējas atmosfēras apgabali, kurus magnētiskās spēka līnijas saista ar strāvas slāni.


ENERĢIJA, KAS AIZPLŪST no strāvas slāņa konvektlvi, ir daudz lielāka par to, ko aiznes starojums. Rezultāta aktīvajā apgabala parādās spilgti punkti, kas izstaro strāvas slānim pievadīto enerģiju, Šo strāvas slāņa veidošanas un kvazistacionārās attīstības stadiju sauc par uzliesmojuma sākuma fāzi, un bieži visas aktivitātes izpausmes ar to ari izbeidzas.

     Turpretim, ja aktīvajā apgabala uzkrājas vairāk enerģijas, neka spēj izdalīties, tad var sākties ari uzliesmojuma nākama — sprādziena fāze. Tā raksturīga visiem lielajiem Saules uzliesmojumiem, kuros paātrinās elementārdaļiņas. Tieši šis uzliesmojuma fāzes prognozēšana ir svarīga tautas saimniecībai. Sāja fāzē pārlieku lielās iekšējās enerģijas dēļ sabrūk neitrālais strāvas slānis. Pirmkārt, šādā situācijā strāvas slānis var pārkarst, ģenerēt triecienviļņus un paātrināt elementārdaļiņas līdz ļoti augstai enerģijai. Otrkārt, dažādu plazmas iekšējo nestabilitāšu rezultātā var norisināties ļoti ātra magnētiskā lauka enerģijas pārveidošanās citos enerģijas veidos, kas arī stimulē triecienviļņu veidošanos un daļiņu paātrināšanos. Abos gadījumos daudz enerģijas aizplūst paralēli magnētiskā lauka spēka līnijām uz Saules atmosfēras blīvajiem slāņiem, izraisot to stipru sakaršanu un izplešanos. Tas savukārt vēlreiz rada triecienviļņus, kuri, izplatoties uz augšu Saules atmosfērā, pastiprina radiostarojumu un paātrina daļiņas. Bez tam uzliesmojumu laikā rodas ļoti spēcīgs rentgena un ultravioletais starojums.

     Nokļūstot Zemes magnetosfērā un atmosfērā, uzliesmojuma radītais starojums ne tikai izraisa daudzas ģeofizikālas parādības (magnētiskās vētras, polārblāzmas), bet arī tieši ietekmē cilvēku darbību: tiek traucēti īsviļņu radiosakari, strauji samazinās radiolokācijas iekārtu «spēja redzēt». Kosmisko staru plūsma, kas rodas lielu uzliesmojumu laikā, nopietni apdraud kosmonautu darbu atklātā kosmosā.

     Uzliesmojumu pētīšanai izveidots speciāls starptautisks dienests, kas visu diennakti nepārtraukti seko Saules aktivitātei. Tajā ietilpst vairāk nekā četrdesmit dažādu valstu observatorijas, kas pārmaiņus nepārtraukti novēro mūsu debess spīdekli. Šāds dienests ļauj ne tikai reģistrēt kārtējā uzliesmojuma sākumu un paziņot par to ieinteresētajām organizācijām, bet arī prognozēt uzliesmojuma varbūtību. Šādas īslaicīgas prognozes ir ļoti nepieciešamas.

     Bez tam pētījumiem ir arī tīri fundamentāla nozīme. Astrofizi?i mūsdienās pazīst daudzus kosmiskos objektus, no kuriem izdalās liels enerģijas daudzums, un Saule ir tuvākais no tiem, kur šādus procesus var pētīt detalizēti.