Отчет о научно исследовательской работе по теме: «Физика Солнца и плазменная астрофизика» (промежуточный). Государственное задание МГУ, часть 2, на 2017 г.

Многие нестационарные явления в астрофизической плазме находят убедительную (качественную и количественную) интерпретацию в терминах эффекта магнитного пересоединения. В первую очередь это относится к вспышкам на Солнце: для них имеются многоволновые наблюдения с высоким временным, пространственным и спектральным разрешением. Для атмосферы Солнца магнитное пересоединение позволяет объяснить энергетику и динамику вспышек как преобразование энергии магнитного поля в кинетическую энергию частиц. Теория, лабораторное и численное моделирование магнитного пересоединения в плазме высокой проводимости демонстрируют неизбежность образования особых структур электрического тока - токовых слоев. Они позволяют накопить избыток магнитной энергии перед вспышкой. Во время вспышки происходит освобождение этой энергии в виде своеобразного электродинамического «взрыва» в звездных атмосферах (например, в солнечной короне), в неравновесных магнитосферах компактных релятивистских объектов (нейтронных звезд, белых карликов) и даже в почти равновесной (квазистационарной) магнитосфере Земли. Чтобы произвести аккуратное количественное рассмотрение столь различных по условиям астрофизических явлений, источником энергии которых являются пересоединяющие токовые слои, требуется тщательное исследование не только самого источника энергии, но и всей цепочки сложного многоступенчатого процесса преобразования энергии вплоть до конечных проявлений потоков энергии в окружающую плазму. Исследованы все стадии процесса магнитного пересоединения от образования токового слоя в окрестности нулевой точки магнитного поля до его взрывного разрушения, то есть вспышки. В 2017 г. дано "топологическое" объяснение трех- и четырехлепестковой структуры, наблюдающейся в основании так называемых "анемонных" микровспышек в атмосфере Солнца. Выполнен расчет распределений скоростей течения плазмы и ее плотности в модели магнитного пересоединения в плазме высокой проводимости в короне Солнца, включающей тонкий токовый слой Сыроватского и присоединенные к его концам магнитогидродинамические (МГД) разрывы. Изучена неустойчивость предвспышечного токового слоя, связанная с нарушением его теплового баланса. Предлагаемый механизм тепловой неустойчивости может объяснять последовательное увеличение яркости, "поджиг", в аркадах магнитных петель в солнечных вспышках. Исследован эффект ускорения электронов в корональной магнитной ловушке в контексте реалистичного сценария лимбовой вспышки 19 июля 2012 г. Результаты указывают не только на существование ускорения Ферми первого порядка и бетатронного нагрева электронов в солнечных вспышках, но и на высокую их эффективность. В приближении стационарной диссипативной гидродинамики показано, что в спокойном переходном слое между короной и хромосферой Солнца может возникать ударная волна за счет падения вещества из короны в хромосферу. Диссипация такой ударной волны в короне возвращает часть кинетической энергии падающего вещества в тепловую энергию короны. С помощью найденного ранее решения задачи о взаимодействии магнитосферы нейтронной звезды с ударной волной от сверхновой получена явная формула для распределения плотности тока в токовом слое, расположенном в магнитосферном хвосте. Найдены величины прямого и обратного токов. Вычислена сила, с которой магнитное поле действует на токовый слой. Опробован новый способ наблюдения магнитных полей на Солнце с помощью ПЗС-спектрогелиографа, показавший свою эффективность и чувствительность, а также достаточную оперативность. Проведен анализ вспышечной активности Солнца и потоков в ультрафиолетовом диапазоне в 24-м цикле. Выделены отличительные особенности 24-го цикла в сравнении с 21 - 23-м циклами.