STRUKTURA I DYNAMIKA OBSZARU AKTYWNEGO W PROMIENIOWANIU RENTGENOWSKIM I ULTRAFIOLETOWYM

Na wstępie do tej części chciałabym podkreślić, że każdy obszar aktywny w ko­ ronie słonecznej należy traktować indywidualnie. Oznacza to, że nie ma

prawidło-120 • G. Bromboszcz

wości, iż w każdym obszarze muszą być obserwowane pętle ultrafioletowe lub też,

że emisja ta pojawi się w postaci tzw. „pióropuszy", bądź że będzie obserwowany

ruch materii ku podstawie w tych strukturach. Morfologia obszaru aktywnego jest

uzależniona od bardzo wielu czynników, a przede wszystkim od struktury pola mag­ netycznego w fotosferze oraz w wyższych warstwach atmosfery Słońca.Pojawienie się pętli rentgenowskich jest uzależnione m.in. od tego, czy pole magnetyczne w koro­ nie będzie dostateczne oraz czy będzie zapewniony rtopływ energii mechanicznej do

tych pętli. Natomiast czas życia takich struktur w promieniowaniu rentgenowskim

zależy od tego jak długo struktura pola magnetycznego oraz jego natężenie będą

sprzyjały istnieniu takich pętli oraz czy będzie się utrzymywał ciągły dopływ ener­ gii mechanicznej do tych struktur. Istotny jest również problem stabilności ter­

micznej poszczególnych struktur rentgenowskich, a więc znajomość wpływu na ich

równowagę zmiany pewnych parametrów fizycznych takich jak ciśnienie, długość bąriż dopływ energii.

0 wiele bardziej krytyczny jest warunek początkowy dla pojawienia się pętli

ultrafioletowych w obszarze aktywnym. Aby mogły one powstać w mechanizmie zapro­ ponowanym przez G l e n c r o s s a (1979) muszą być spełnione określone warun­ ki w tej części pętli, w której materia podnosi się ku górze, tzn. aby proces tzw.

„wyparowywania" (evaporation) chromosfery był podtrzymywany. Natomiast, aby pętle ultrafioletowe mogły być pozostałościami po pętlach rentgenowskich, które utraci­ ły stabilność termiczną, muszą istnieć takie procesy, które doprowadzą do poja­ wienia się niestabilności. 0 ile więc pojawienie się pętli rentgenowskich jest pra­ wie zawsze obserwowane, gdy jest dostatecznie silne pole bipolarne lub, w przypad­

ku pętli poza obszarem, gdy w dostatecznie bliskim sąsiedztwie pojawią się ele­

menty dość silnego pola magnetycznego o przeciwnej polarności, o tyle trudno by­ łoby oczekiwać jakichkolwiek prawidłowości dla pojawienia się emisji ultrafiole­ towej w koronie, ponieważ warunki wymagane do jej wystąpienia są dość specyficz­ ne. Niemniej jednak obserwuje się emisję ultrafioletową w obszarach aktywnych w koronie i dlatego niektórzy autorzy (m. in. H o o d i P r i e s t 1980) twier­ dzą, że należy odnosić się z małą ufnością do modeli stabilnych termicznie pętli

rentgenowskich. Mianowicie w koronie mamy raczej do czynienia z ciągłą aktywno­

ścią termiczną, tzn. że pętle rentgenowskie często stają się niestabilne termicz­ nie, a na ich miejsce powstają nowe pętle i w ten sposób obszar aktywny, pomimo ciągłej zmiany poszczególnych pętli, nie zmienia się w istotny sposób jako ca­ łość w promieniowaniu rentgenowskim i stąd stosunkowo długie czasy życia dla tej emisji. Wydaje się jednak, że trudno oczekiwać jakichkolwiek prawidłowości dla po­ jawienia się ruchów materii w pętlach ultrafioletowych, ponieważ o ile pętle te formowałyby się w mechanizmie G l e n c r o s s a , to charakteryzowałyby się takim ruchem w jednej z „nóg" pętli. W przypadku, gdyby pętle te były pozostało­ ściami po niestabilnych termicznie pętlach rentgenowskich, to po osiągnięciu

sta-Struktura obszaru aktywnego 121

nu równowagi w temperaturze poniżej 10^ K mogłyby pozostawać w równowadze hydro­ statycznej i nie obserwowanoby ruchów plazmy. Natomiast gdyby nie osiągnęły rów­ nowagi po wychłodzeniu, wówczas mogłyby wykazywać ruch i to w obu „nogach" pętli.

Rzeczywiście, obserwacje struktur ultrafioletowych wykazały, że występuje cbść duża różnorodność w ich zachowaniu - istnieją struktury, w których obserwuje się ruch materii ku „nodze" pętli zakotwiczonej w plamie, istnieją też takie, w któ­ rych ruch plazmy wykryto w obu „nogach", jak również dla wielu pętli,w granicach możliwości eksperymentu, nie wykryto ruchów materii.

Jednoczesne obserwacje w promieniowaniu rentgenowskim oraz ultrafioletowym ob­ szaru aktywnego charakteryzujące się stosunkowo dużą rozdzielczością przestrzenną (2") oraz czasową (1,5 min.; S h e e 1 e y 1980; C h u n g-C h i e h C h e n g i in. 1980) pozwoliły na określenie ogólnych prawidłowości dotyczących morfo­ logii i dynamiki struktur w obszarach, których temperatura zawierała się w szero­ kim przedziale od 10^ do 10^ K. Porównanie obrazów tego samego obszaru wykonanych w pewnym odstępie czasu pozwala na wysunięcie wniosków dotyczących czasów życia struktur pętlowych i łukopodobnych obserwowanych w promieniowaniu X oraz EUV. Na rys. 3 przedstawiono obrazy obszaru aktywnego w promieniowaniu rentgenowskim oraz

a)

E

b)

Rys. 3. a) Porównanie związku przestrzennego między pętlami obserwowanymi w li­ niach Ne VII, Fe XVI, oraz w promieniowaniu X. Pętle Ne VII są przedstawione jako czarne struktury, a pętle w linii Fe XVI oraz w promieniowaniu X są pokazane jako przerywane; b) Położenie pętli Ne VII, Fe XVI oraz w promieniowaniu X (przerywa­ ne struktury) względem obszarów silnych pól magnetycznych. Czarne pola oznaczają

dodatnie pola magnetyczne, a pola białe - ujemne

Ne VII & Fe X V I

Ne VII

1740 UT

Ne VII & F e X V I Ne VII & X - Rays

Fe XV/

m o UT

X-Rays

2.216 U T

122 G. Bromboszcz

ultrafioletowym otrzymane w odstępie czasu 6 godz.(C h u n g-C h i e h C h e n g i in. 1980). Na rysunku zamieszczono także magnetogram tego obszaru będący od­ zwierciedleniem pola podłużnego na poziomie fotosfery. Widać, że w promieniowa­ niu rentgenowskim pętle najniższe i najgorętsze łączę dwie przeciwne biegunowości obszaru aktywnego. Pętle te nie zmieniają się istotnie w dość długim odstępie cza­ su (6 h). Natomiast długie pętle rentgenowskie charakteryzujące się niższymi tem­ peraturami łączą najczęściej peryferyjne (a więc o mniejszym natężeniu) pola mag­ netyczne obszaru bipolarnego, bądź też jedna „noga" pętli zakotwiczona jest w jed­ nej z biegunowości obszaru aktywnego, a druga w elemencie o przeciwnej polarności znajdującym się poza obszarem aktywnym. Długie pętle rentgenowskie charakteryzują się stosunkowo krótkimi czasami życia, ponieważ jak wynika z rys. 3 po upływie 6 h niektóre z nich zniknęły. Promieniowanie EUV w tym obszarze aktywnym było sku­ pione w postaci jąder emisji stanowiących, jak się przypuszcza, dolne części pę­ tli rentgenowskich. W promieniowaniu tym występują także długie pętle i łukopo- dobne struktury. Obraz tych struktur zmienił się po upływie 6 h, co wskazuje na ich krótkie czasy życia.

Okazuje się, że można wyjaśnić zmiany, jakie się obserwuje w obszarze aktyw­ nym, w ramach teorii dotyczącej stabilności pętli rentgenowskich ( H o o d i P r i e s t 1979; 1980). Z obserwacji oraz z teorii wynika, że długie pętle rent­ genowskie (sięgające wysoko w koronę) charakteryzują się stosunkowo niewielkim do­ pływem energii mechanicznej i stąd ich dość niskie temperatury(2,2*10^-2,8-10^ K). Krótkie pętle obserwowane w promieniowaniu X, które osiągają nieduże wysokości w koronie, zawierają materię o temperaturach (2,8-4,0)•106 K i dopływ energii me­ chanicznej do tych pętli jest większy aniżeli do pętli wysokich.Stąd można sądzić, że im wyższa jest pętla w koronie, tym słabiej jest ona grzana.

Z rys. 6 zamieszczonego w cz. I tego artykułu wynika, że pętle krótkie o du­ żym dopływie energii są o wiele bardziej stabilne termicznie od pętli długich (2L= = 1*105 km). Oznacza to, że w przypadku pętli długich mały wzrost ciśnienia we­ wnątrz nich (np. przez skręcenie pętli spowodowane przez ruchy elementów podfotó- sferycznych, w których zakotwiczone są ich końce), bądź wzrost ich długości (przy stałym ciśnieniu) może spowodować utratę stabilności przez te pętle i doprowadzić do ich wychłodzenia. Natomiast krótkie pętle rentgenowskie są bardziej stabilne termicznie, tzn. że wyprowadzenie ich ze stanu równowagi wymaga dużych zmian ci­ śnienia w tych pętlach bądź nagłego zmalenia dopływu energii do nich i trudno byłoby podać mechanizm, który w stosunkowo krótkim czasie doprowadziłby do istot­ nych zmian ich parametrów fizycznych. Dlatego krótkie pętle rentgenowskie charak­ teryzują się stosunkowo długimi czasami życia. W przypadku pętli ultrafioletowych trudno spodziewać się, aby struktury te, które często są utrzymywane w równowadze

I

raczej dynamicznie aniżeli hydrostatycznie, posiadały długie czasy życia, zwła­ szcza że skala wysokości ciśnienia jest dla nich dużo mniejsza aniżeli ich

obser-Struktura obszaru aktywnego 123 wowane wysokości i stąd istnieje możliwość wystąpienia innych niestabilności, aniżeli termiczna. Dlatego obrazy obszarów aktywnych uzyskane w promieniowaniu ultrafioletowym zmieniają się w krótkich odstępach czasu - jak podaje S h e e 1 e y, czas życia tych struktur nie przekracza 1 godz.

Obserwacje rentgenowskie obszaru aktywnego wskazują na pewne prawidłowości, a mianowicie: gdy się porówna struktury w promieniowaniu X z obrazem obszaru na po­ ziomie fotosfery i chromosfery, to okazuje się, że wysokotemperaturowa emisja w promięniowaniu rentgenowskim skoncentrowana jest raczej w tej części atmosfery w koronie, która znajduje się między plamami widocznymi na poziomie fotosfery. Tym­ czasem wysokorozdzielcze obserwacje na falach centymetrowych obszarów aktywnych wskazują na nieco inny obraz tych obszarów (F e 1 1 i i in. 1977);maksimum emi­ sji radiowej, a więc i maksimum temperatury jasnościowej, przypada najczęściej w obszarze nad jedną z plam (lub biegunowości) bipolarnego obszaru aktywnego, bądź nie obserwuje się wyraźnego maksimum temperatury jasnościowej ani nad plamami, ani też nad obszarami między plamami (rys. 4).

Tak więc obrazy obszaru aktywnego w promieniowaniu X oraz w promieniowaniu ra­ diowym pozostają często w sprzeczności ze sobą, ponieważ w przypadku emisji ra­ diowej temperatura jasnościowa obszaru (dla termicznego promieniowania) jest zwią­ zana z temperaturą elektronową poprzez związek:

indeksem mody dla promieniowania radiowego. Całkowanie przebiega wzdłuż drogi pro­ mieniowania.

Grubość optyczna dana jest wzorem:

(f-f; Bremsstrahlunc$, b) cyklotronowej emisji (g-r) i można go przedstawić w postaci:

5.. OBSERWACJE RADIOWE OBSZARU AKTYWNEGO

co

(2)

gdzie T(7.) jest temperaturą elektronową na głębokości optycznej r., a j jest

d rj * d s '

(

)

gdzie jest współczynnikiem absorpcji, ds infinitezymalną długością drogi pro­ mieniowania.

Współczynnik absorpcji,

p.y

124 G. Bromboszcz