Гамма вспышки в атмосфере Солнца
Итак, во время солнечных вспышек, как уже было отмечено, часть ядер различных химических элементов солнечной атмосферы ускоряется до значительных энергий. Ускоренные частицы взаимодействуют с ядрами элементов солнечной атмосферы. При этом и те, и другие переходят с определенной вероятностью в так называемое возбужденное состояние, которое, как правило, "снимается" с излучением гамма-кванта определенной энергии.
Проблемы солнечной гамма-астрономии интенсивно разрабатываются с семидесятых годов прошлого столетия до настоящего времени учеными многих стран мира, таких как США, России, Франции, Германии, Японии, Китая и др.
Первый успешный теоретический анализ гамма-излучения от солнечной вспышки, получивший на редкость точное экспериментальное подтверждение в американском космическом эксперименте при наблюдении гамма-излучения от мощных солнечных вспышек в августе 1972 года, был выполнен в Институте ядерной физики МГУ в 1967 году. К настоящему времени гамма-кванты от многих солнечных вспышек (солнечная гамма вспышка) наблюдались в околоземном космическом пространстве.
Рис. 5 Солнечная гамма-вспышка. Спектр гамма-излучения, полученный одновременно аппаратурой с космических кораблей "Венера - 13"(1) и "Венера - 14" (2). Хорошо видно, что в районе энергий квантов 0,4 - 0,6 МэВ нарушается обычный (степенной) вид спектра гамма-излучения. Это связанно с "включением " другого механизма генерации гамма-квантов.
|
|
|
Естественно, что величина потока гамма-квантов и его временные характеристики зависят от целого ряда параметров, определяющих саму солнечную вспышку. Таких, например, как энергетический спектр СКЛ и его временная эволюция, распределение плотности вещества солнечной атмосферы в области ядерного взаимодействия, полная длина пути, которую проходят энергичные частицы до выхода в межпланетное пространство.
Наблюдение гамма вспышек позволяет определить все эти параметры. При этом важно то, что гамма-квант ы несут нам информацию о плотных вспышечных слоях солнечной атмосферы, куда нельзя заглянуть другим способом. Анализ солнечного гамма-излучения позволил независимо подтвердить относительность понятия спокойное Солнце, ибо даже в этом состоянии в атмосфере Солнца имеется достаточно возможностей для ускорения частиц до энергий в несколько миллионов электрон-вольт. Этого хватает для осуществления ядерных реакций синтеза элементов. Образованные при этом ядра являются источником квазинепрерывного спектра гамма-излучения Солнца в интервале энергий квантов от ~ 400 КэВ до 3 МэВ.
Солнечное гамма-излучение представлено в широком спектральном диапазоне. Это и непрерывное излучение в диапазоне энергий квантов от сотен КэВ до сотен МэВ. В основном такой непрерывный спектр гамма-излучения возникает как тормозное излучение ускоренных электронов при их распространении в атмосфере Солнца и как результат распада нейтральных пи-мезонов, которые образуются в результате ядерных взаимодействий ускоренных протонов и более тяжелых частиц СКЛ с ядрами элементов солнечной атмосферы.
|
|
|
Кроме непрерывного гамма-спектра от солнечных вспышек хорошо наблюдается дискретный спектр гамма-излучения. Он формируется за счет гамма-излучения возбужденных ядер элементов, составляющих солнечную атмосферу и за счет аннигиляционного излучения. Это один из самых мощных источников солнечного гамма-излучения в дискретном диапазоне энергий. И в теоретическом и в экспериментальном аспекте здесь давно и успешно работают ученые ряда ведущих российских институтов - таких как Институт космических исследований РАН, Московский инженерно - физический институт, Санкт - Петербургский Физико-технический институт РАН, Институт ядерной физики МГУ.
При взаимодействии СКЛ с веществом солнечной атмосферы в возбужденное состояние переходят не только ядра элементов, составляющих саму солнечную атмосферу, но и ядра, находящиеся в составе СКЛ, то есть частицы, движущиеся с огромными скоростями. Их возбужденное состояние также снимается гамма-излучением. Однако, поскольку, эти энергичные ядра имеют значительные скорости, то происходит "уширение" энергетического диапазона излучение. Это явление хорошо известно в волновых процессах любой природы как Доплер-эффект. На осуществление доплеровского уширения гамма-линий от солнечной вспышки впервые было указано сотрудниками отдела астрофизики Санкт-Петербургского Физико-технического института РАН. Из-за такого уширения происходит частичное перекрывание энергетического диапазона гамма-излучения от отдельных скоренных ядер. В силу этого, гамма-излучение, испускаемое такими, быстро движущимися ядрами, также образует как бы квазинепрерывный спектр.
|
|
|
Как следует из экспериментальной ядерной физики, реакции синтеза элементов могут протекать при относительно малых энергиях взаимодействующих частиц. Такие энергетические возможности, как уже неоднократно указывалось, очень часто, осуществляются в солнечной атмосфере. Исходя из результатов анализа, впервые осуществленного сотрудниками Института ядерной физики МГУ, можно даже утверждать, что процесс синтеза элементов в атмосфере Солнца фактически протекает непрерывно. При этом в солнечной атмосфере имеется практически весь известный в природе спектр исходных элементов.
|
|
|
Синтезированное ядро, как правило, "заявляет" о себе испусканием характерного гамма-кванта. Однако наблюдать при современных возможностях гамма-астрономии можно лишь такие синтезированные ядра, которые возникли при столкновении, достаточно обильных в атмосфере Солнца исходных элементов. Это, водород, гелий, углерод, азот, кислород, неон, железо. Существенно при процессе синтеза элементов в атмосфере Солнца то, что в узком энергетическом диапазоне возникает огромное количество гамма-квантов со столь малой разницей в их энергии, что требуются специальная, дорогостоящая аппаратура для их раздельного наблюдения.
Например, при взаимодействии ядер углерода и кислорода синтезированные изотопы (кремний, алюминий, неон, магний, натрий и.т.д. ) излучают в диапазоне энергий от 0,4 МэВ до 3 МэВ около 100 различных по энергии квантов. Плотность "заполнения" квантами этого энергетического диапазона при этом столь велика, что вполне уместно говорить о генерации квазинепрерывного гамма-спектра в процессе синтеза элементов.
Один из самых распространенных элементов в солнечной атмосфере - водород также не обойден как участник процесса синтеза элементов ещё и по другому ядерному "каналу". Хорошо известно, что среди продуктов ядерных реакций довольно часто присутствуют нейтроны. Возникая в атмосфере Солнца во время различных, указанных выше, активных процессах, нейтроны быстро достигают теплового равновесия с окружающей средой. После чего они эффективно захватываются, в основном водородом. В результате синтезируется тяжелый водород - дейтерий. В одной солнечной вспышке синтезируется в среднем около тонны дейтерия. Родившееся ядро дейтерия "успокаивается", испустив гамма-квант с энергией 2,223 МэВ, процесс этот получил название радиационный захват нейтрона.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 112; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!