5. Протуберанцы

Как уже говорилось в предыдущем разделе, порой солнечные вспышки появляются вдали от пятен. В этих случаях они располагаются около образований червеобразной формы, лучше всего видных в красной линии водорода На. Это своеобразные облака, которые как бы подвешены над видимой поверхностью Солнца. Их называют волокнами (или протуберанцами). Заметим, что вспышки вблизи волокон крайне малочисленны и чаще всего очень слабы.

Если солнечные вспышки - весьма недолговечные образования, а пятна и факельные площадки - очень «живучие», то длительность существования волокон или протуберанцев отличается исключительным многообразием. Многие из них сохраняются на протяжении дней и даже месяцев. Но не меньшее количество протуберанцев существует всего по несколько минут, а порой даже меньше минуты.

На первый взгляд может показаться странным, почему одно и то же активное образование является обладателем сразу двух разных названий. Объясняется это чисто историческими причинами. Еще в начале прошлого столетия астрономы обнаружили во время полных солнечных затмений за розоватой полоской хромосферы живописно вытянутые наружу образования, которые тогда были названы протуберанцами. Впоследствии, после того как появилась возможность наблюдать солнечный диск в свете красной водородной линии, были обнаружены волокна. Не сразу стало ясно, что протуберанцы и волокна - это всего лишь две стороны одной и той же медали. Теперь-то мы знаем, что единственная разница между ними заключается в том, что протуберанцы нам видны с ребра, а волокно - сверху. Вот и случилось так, что они получили разные названия. Впрочем, сейчас уже к этому привыкли и различие между этими терминами воспринимают только в смысле расположения протуберанца - на диске или на его краю.

Протуберанцы отличаются большей плотностью и более низкой температурой, чем корональная плазма. Характер и скорости их движений, напряженность магнитного поля и форма, не говоря уже о продолжительности существования, исключительно разнообразны.

Трудно найти солнечные активные образования более живописной формы, чем солнечные протуберанцы (рис. 5). Уже это навело первых их исследователей на мысль классифицировать протуберанцы по их форме. Достаточно хотя бы перечислить их названия: колпачковые протуберанцы, корональные облака, корональный дождь, холм, живая изгородь, дерево, ствол дерева, торнадо, фонтан,- чтобы мысленно представить себе многообразие этих форм.

Рис. 5. Активная область 2 июня 1969 г. с водородными волокнами (а). Спокойный протуберанец 26 октября 1959 г. (б). Активный протуберанец 26 октября 1959 г. (в). Петельный протуберанец 5 июня 1969 г. (г). Все снимки получены в свете линии водорода Hα (Горная астрономическая станция ГАО АН СССР).

Вместе с тем, если некоторые протуберанцы совершенно спокойны, другие вечно полны движения и то и дело подвергаются всевозможным метаморфозам. По изменчивости и характеру движения чаще всего их делят на три класса: спокойные, активные и эруптивные.

Первые почти не изменяют своей формы, развиваются очень медленно и отличаются большой продолжительностью жизни (до нескольких месяцев, в отдельных же случаях они существуют даже больше года). Им присущи только хаотические внутренние движения и изменения яркости отдельных узлов. Спокойные протуберанцы выглядят как длинные плоские листообразные структуры, почти перпендикулярные к видимой солнечной поверхности. Наиболее развитые из них имеют вид ряда арок или «деревьев» с основаниями на границах супергранулы. Они имеют в среднем длину 60 - 600 тыс. км, высоту 15 - 100 тыс. км, толщину 4 - 15 тыс. км. Спокойные протуберанцы характерны для областей со слабым магнитным полем. Они сами обладают магнитным полем напряженностью ниже 40 Гс. Вблизи экватора Солнца они располагаются почти вдоль меридианов или под малым углом к ним, а ближе к полюсам, начиная с широты примерно ±40°, обычно вытянуты вдоль параллелей. Вокруг полярных шапок Солнца они образуют почти непрерывную корону (Этот термин не имеет ничего общего с солнечной короной.). Исчезновение спокойных протуберанцев связано с медленным рассасыванием, стеканием вниз в хромосферу или выбросом.

Активные протуберанцы выделяются сравнительно небольшими упорядоченными движениями и существуют не более нескольких часов. Движения их струй и узлов практически равномерны на большей части траектории с ускорением вблизи «центров притяжения» и характеризуются скоростями 10-100 км/с. Скорее всего, эти движения происходят вдоль силовых линий магнитного поля протуберанца, напряженность которого достигает 100 Гс. Средняя продолжительность существования протуберанцев этого типа составляет примерно 10 минут. Они имеют вид массы переплетающихся волокон, в которой заметны более яркие узелки. Наиболее типичной их формой являются петлеобразные структуры. Наблюдаются два типа протуберанцев, имеющих форму петель. Первые состоят из одиночной петли, по одной ветви которой вещество поднимается, а по другой спускается, чаще всего в солнечное пятно, со скоростью около 30 км/с. Среднее время их жизни равно 15 минутам, а средняя высота - 50 тыс. км. Вторые представляют собой систему петельных протуберанцев. Они выглядят как петельный туннель, состоящий из отдельных петель, которые связывают две яркие ленты вспышек. Движение вещества в них происходит вдоль обеих ветвей петель вниз со скоростью до 150 км/с. Такие протуберанцы живут до нескольких часов.

Для эруптивных протуберанцев характерны бурные и внезапные изменения всех свойств. С момента образования и до исчезновения они находятся в процессе развития, отличаются быстрыми и довольно беспорядочными движениями вещества и крайней неустойчивостью. Они редко живут более нескольких минут и в этом отношении весьма напоминают слабые вспышки. Обычно они поднимаются не непосредственно из хромосферы, а выходят из спокойных и активных протуберанцев. В этом смысле их можно рассматривать как особую стадию развития этих протуберанцев. Чаще всего эруптивные протуберанцы поднимаются до высот 100 - 500 тыс. км, но в отдельных случаях даже 1,5 млн. км. Наиболее типичными для них являются скорости движения вещества 100 - 300 км/с. Бывают случаи, когда они превышают критическую скорость нашего дневного светила, и тогда вещество эруптивных протуберанцев покидает Солнце.

Некоторые типы эруптивных протуберанцев, как и системы петельных протуберанцев, тесно связаны с солнечными вспышками, а иногда даже составляют часть процесса вспышки. Когда те и другие наблюдаются на краю видимого солнечного диска, их очень трудно отличить друг от Друга. Только детальные спектральные исследования позволяют решить вопрос, что же мы наблюдали, протуберанец или вспышку. Это прежде всего протуберанцы-выбросы. Наиболее распространенными среди них являются возвратные, диффузные и веероподобные выбросы.

Возвратные выбросы выглядят как прямые или слегка искривленные выступы, которые вылетают из небольшого яркого холма со скоростью 100 - 200 км/с и достигнув высоты 200 тыс. км. возвращаются обратно по той же траектории (рис. 6). Это движение определенно происходит вдоль магнитных силовых линий. Возвратные выбросы наблюдаются нередко несколько раз за время существования вспышки. Многие из них начинаются на границах полутени и направлены по радиусу от пятна. Напряженность их магнитного поля равна примерно 50 Гс и убывает с высотой. Возвратные выбросы видны не только на краю диска Солнца, но и на диске, подобно спокойным волокнам. Возвратному выбросу часто предшествует диффузный выброс - быстрое расширение части вспышки. Веерообразный выброс - это существенно более энергичная разновидность возвратного выброса. Он выглядит как очень яркий расширяющийся холм, который неожиданно разрывается и выбрасывает вещество в корону и межпланетное пространство.

Рис. 6. Возвратный выброс 5 июня 1969 г. в свете линии водорода Hα (Горная астрономическая станция ГАО АН СССР).

Особый класс составляют редко наблюдаемые быстрые выбросы, которые достигают скоростей больше 1000 км/с за несколько минут. Вероятно, они представляют собой компактную часть вспышки, которая выбрасывается без распада на «куски». Вполне возможно, что их наблюдали бы гораздо чаще, если бы не столь высокая их скорость и не столь короткое время жизни.

Строение протуберанцев крайне неоднородно. Об этом, в частности, свидетельствует то обстоятельство, что в линиях различных химических элементов видны их разные части. Следовательно, физические характеристики протуберанцев претерпевают значительные изменения от одной точки к другой. Это в особенности относится к температуре, газовому давлению, движениям вещества и магнитному полю. Плотность вещества протуберанцев гораздо меньше, чем солнечных вспышек, и несколько меньше, чем невозмущенной хромосферы. В этом смысле их можно считать как бы местами разрежения плазмы в хромосфере. Трудно себе представить, каким чудом удерживались бы эти газовые облака над видимой поверхностью Солнца, если бы они не обладали магнитными полями. Хотя напряженность этих полей значительно скромнее, чем в солнечных пятнах, тем не менее она вполне сравнима с напряженностью магнитного поля факельных площадок.