Глава 3. Солнце

3.3. Спорадическое радиоизлучение Солнца

3.1. Радиоизлучение спокойного Солнца

Основной механизм радиоизлучения спокойного Солнца - тормозное излучение полностью ионизованного газа солнечной короны и хромосферы.

Излучение фотосферы в радиодиапазоне недоступно для наблюдений из-за сильного поглощения в хромосфере. Оптическая глубина хромосферы по тормозному поглощению равна 780 и 3×10⁷для излучения с длиной волны 1 см и 1.50 м соответственно. Лишь в субмиллиметровой области (l~100 мкм) хромосфера становится прозрачной.

Граница между хромосферой и короной находится на расстоянии от центра Солнца, что соответствует высоте 28000 км над поверхностью фотосферы. В то же время оптическая глубина короны равна единице на волне 120 см. Таким образом, на метровых и более длинных волнах наблюдается только радиоизлучение короны, а на дециметровых и более коротких появляется вклад хромосферы. По этой причине угловой размер источника радиоизлучения, связанного с Солнцем, на метровых и дециметровых волнах значительно больше видимого диска.

Магнитное поле в короне не превышает одного Гаусса. Следовательно, электронная гирочастота значительно меньше частоты излучения в любом диапазоне наблюдаемого спектра, поэтому двулучепреломление и разница между обыкновенной и необыкновенной волнами не существенны.

Температура короны Т_кор в среднем порядка нескольких миллиона градусов. В хромосфере наблюдается сильный градиент температуры: от 7000 K до 20000 K, в среднем - 10⁴ K. Можно представить в простейшем варианте радиоизлучение короны двухслойной моделью, в соответствии с решением уравнения переноса (1.9). В этой модели яркостная температура в направлении центра видимого диска Солнца складывается из ослабленного короной излучения хромосферы с температурой T_хром(оно рассматривается как фоновое излучение) и из излучения короны с учетом самопоглощения:

(3.1)

Оптическая глубина короны t_кор в направлении на центр солнечного диска определяется интегралом

(3.2)

Мера эмиссии солнечной короны в направлении на центр диска составляет около 3×10²⁶ см^-5. Распределение электронной концентрации по высоте в короне можно представить формулой

N (r) = 10⁸ (1.5 r^-6 + 3 r^-16) см^-3, (3.3)

где r выражено в радиусах Солнца. Эта формула связывает шкалу высот в солнечной короне с нелинейной шкалой электронных концентраций. Для коротких волн

T_b = T_хром + T_корt_кор.

На волнах, где корона практически прозрачна (t_кор < 1), имеется поярчение к краю (а не потемнение, как в оптическом диапазоне) - правда, не на самом краю, а ближе к центру (тем ближе, чем больше длина волны); это объясняется неизотермичностью короны. На длинах волн свыше ~1.2 м, где оптическая глубина короны больше единицы, все радиоизлучение уже определяется только короной. Отсутствие заметного вклада от более холодной хромосферы приводит к тому, что нет усиления яркости к краю. Радиоизофоты короны имеют несколько эллиптическую форму, что является следствием несферичности короны.

Подпись: На рис. 3.1 даны распределения яркостной температуры солнечной короны для разных длин волн. Очевиден эффект снижения яркостной температуры с ростом l.

Рефракция радиоволн в короне. Для каждой частоты существует критическое значение электронной концентрации N_кр, при котором коэффициент преломления корональной плазмы равен нулю. Значение N_кр соответствует некоторому уровню в короне , определяемому зависимостью (3.3). Этот уровень является как бы зеркалом для радиоволн, из-под него радиоизлучение выйти к наблюдателю не может. С другой стороны, в короне существует уровень, до которого на луче зрения наблюдателя оптическая глубина короны по тормозному поглощению (3.2) равна единице, согласно (3.3), ему соответствует некоторое значение электронной концентрации N_t=1. При преобладании тормозного механизма основная часть излучения поступает именно из области вблизи уровня с N = N_t=1. Важно, который из двух выделенных уровней - N_t=1 или N_кр - расположен в короне выше. В таблице 2 приведены значения N (см^-3), соответствующие N_кр и N_t=1. Таким образом, для излучения с длиной волны