 |
Астронет: А. А. Соловьев, Б. Б. Михаляев, Е. А. Киричек/Коуровка Радиационное затухание колебаний корональных петель http://variable-stars.ru/db/msg/1176579/node2.html |
<< Титульный лист | Оглавление | 2. Периода свободных колебаний >>
1. Введение
В конце 90-х годов развитие солнечной физики ознаменовалось важным
достижением: космический аппарат TRACE (Transition Region and Coronal
Explorer) с ультрафиолетовым телескопом на борту позволил впервые
непосредственно пронаблюдать и детально исследовать пространственные
колебания корональных петель [1,2,4]. Ранее, до получения результатов
TRACE, все заключения о колебательных процессах в структурах солнечной
короны делались на основании косвенных признаков по модуляции их
излучений. Замечательно, что прямые наблюдения, выполненные с TRACE,
позволили не только установить геометрические размеры петель (радиус
видимого поперечного сечения
1-2 тыс. км,
длина L - около 100-160
тыс. км), периоды их колебаний (Т - от 258 до 320 с), но также впервые
измерить амплитуды поперечных смещений петель (от 2 до 5.6 тыс. км) и
даже декременты затухания колебаний, оказавшиеся неожиданно очень
большими: амплитуда колебаний уменьшалась втрое в течение всего
нескольких периодов.
Наблюдавшиеся колебания происходили после вспышки, имевшей место недалеко (около 100 тысяч км) от места расположения петель, и были возбуждены, очевидно, внешним толчком - ударной волной от вспышки, скорость распространения которой составляла около 700 км/с [1]. Последний факт дает оценку альвеновской скорости в окрестности корональной петли.
Теоретическая интерпретация явления, проводимая в рамках линейного анализа нормальных колебательных мод, возбуждаемых в магнитной силовой трубке [1]-[5], предполагает, что в данном случае наблюдаются извивные моды колебаний, которые затухают вследствие поглощения энергии внутри магнитной петли за счет обычной вязкости и омических потерь. В этом случае колебания получаются высокодобротными и для объяснения аномально большого затухания приходится предполагать, что плазма горячих корональных петель обладает резко выраженными аномальными свойствами: коэффициенты обычной и магнитной вязкости превосходят классические значения на 8-9 (!) порядков [4].
На наш взгляд, столь далеко идущие выводы о физической природе
корональной плазмы сделаны слишком поспешно, на основе модели, физически
не адекватной природе изучаемого явления. Решение линеаризованной
МГД-задачи о затухании колебаний в вязкой среде изначально предполагает
малость диссипативных эффектов
, поэтому в
рамках ее постановки в принципе нельзя получить сильное затухание (отсюда
и возникает необходимость в экзотической гипотезе об аномально большой
вязкости). Механические колебания петли затухают, прежде всего, не за счет
вязких внутренних потерь, а вследствие того, что петля, колеблющаяся как
единое целое, сильно взаимодействует с окружающей внешней средой, внешним
магнитным полем, которое с необходимостью присутствует в солнечной короне,
обеспечивая механическое равновесие горячих и плотных петель в более
разреженной и холодной среде.
В данной работе мы покажем, что если некоторый магнитоплазменный цилиндр совершает во внешнем, вмороженном в плазму магнитном поле поперечные гармонические колебания заданной (малой, но конечной!) амплитуды, то поток энергии, уносимой с поверхности такого колеблющегося цилиндра МГД-волнами, которые возбуждаются во внешнем поле, оказывается настолько велик, что запас энергии первоначального толчка исчерпывается за время, равное всего нескольким периодам свободных колебаний петли. (Точнее, говоря о МГД-волнах, мы имеем в виду быструю магнитозвуковую (БМЗ) моду колебаний внешней среды).
Таким образом, эффект радиационного затухания вполне объясняет низкую добротность колебательной петельной системы.
Следует отметить и то, что при использовании традиционного метода малых возмущений в виде нормальных мод такой важнейший параметр задачи, как амплитуда возмущений, вообще выпадает из рассмотрения (сокращается при сшивании решений на границе возмущенной трубки). В нашей постановке задачи в соответствии с физическим смыслом проблемы квадрат амплитуды возмущений непосредственно определяет интенсивность волн, возбуждаемых во внешнем поле.
Важно еще раз подчеркнуть, что в отличие от цитированных выше работ мы решаем задачу о радиационном затухании колебаний в приближении идеальной плазмы, для которой обычная и магнитная вязкости равны нулю, и магнитное поле, в котором колеблющаяся петля возбуждает БМЗ-волны, идеально вморожено в плазму. Рассеяние энергии колебаний происходит только за счет излучения БМЗ-волн с поверхности петли-цилиндра на бесконечность.
Структура работы следующая: в первом разделе рассмотрена простейшая модель корональной петли в виде тонкой нескрученной магнитной силовой трубки и проводится расчет периода свободных колебаний петли без учета потерь на возбуждение и излучение БМЗ-волн в окружающем петлю магнитном поле (Здесь, как обычно делается в такого рода задачах, условно разделен расчет колебательных и диссипативных эффектов). Эффект радиационного затухания корональных осцилляций, представляющий основной интерес в данном исследовании, рассматривается во втором разделе. В третьем разделе вычисляется сила реакции излучения и записывается уравнение для затухающих колебаний. В Заключении формулируются основные выводы работы.
<< Титульный лист | Оглавление | 2. Периода свободных колебаний >>