Pull to refresh

Солнце — это просто. Часть вторая: механизмы радиоизлучения

Popular science
Продолжаю тему, начатую ранее. Статья получила множество откликов, в том числе через хабрапочту и аську. Многие высказывали полезные дополнения и исправляли некоторые неточности, имевшиеся в статье. За это большое спасибо!
В этой части я хотел бы немного рассказать о механизмах радиоизлучения, о том, как оно возникает и какое оно вообще бывает :). Ну и в качестве затравки на будущее несколько фотографий активных областей Солнца, полученных мной с помощью радиотелескопа Nobeyama:
image

Так вот, про механизмы радиоизлучения :)
Электромагнитное излучение создаёт любой ускоряющийся заряженный объект, будь то протон или электрон. Так как масса электрона во много раз меньше массы протона, то и излучать электрон будет намного сильнее. Почему так? Мощность излучения заряженной частицы мы можем посчитать по формуле Лармора:
image
Здесь q — заряд, a — ускорение и c — скорость света в вакууме. Воспользуемся также вторым законом Ньютона и в итоге получим, что чем меньше масса, тем больше излучение. К слову сказать, излучает электрон в 4 миллиона раз сильнее протона.

Элементарные механизмы электромагнитного излучения


1.Тормозной

image
При таком механизме излучения среда воздействует на движущийся заряд. Кулоновские (дальние) столкновения приводят к ускорению или замедлению заряда. Соответственно электрон начинает излучать.

2.Черенковский

image
Для понимания принципа данного механизма достаточно представить аналогию с ударной волной от самолета или волной, создаваемой лодкой (катером, прутиком), движущимися по воде.

3.Изгибный (магнитодрейфовый)

image
Я думаю, многие помнят из школьного (или институтского) курса физики движение тела по изгибающейся линии (каждая точка такой лини обладает радиусом кривизны, для окружности — радиусом). Собственно данное ускорение именно оттуда :)

4. Излучение в линиях

image
Излучение происходит из-за энергетических переходов в молекулах и атомах.

5. Магнитотормозной

На Солнце в активных областях (АО) основным излучающим механизмом является именно магнитотормозной механизм излучения. Расскажем о нём побольше.
image
Магнитотормозное излучение определяется тем, что при движении электрона в магнитном поле под углом к силовой линии (такой угол называют питч-углом) траекторией движения электрона является спиралевидная линия с осью вдоль силовой линии магнитного поля. При проектировании этой спиралевидной линии на плоскость, перпендикулярную вектору магнитного поля B, образуется окружность. Поскольку электрон движется в магнитном поле, на него действует сила Лоренца:
image
Частота вращения электрона по окружности есть гирочастота:
image
В зависимости от скорости движения электрона выделяют три вида магнитотормозного излучения. Если излучающая частица – слабо релятивистская, то излучение циклотронное. В таких случаях энергия излучающей частицы много меньше энергии покоя частицы. Если частица – ультрарелятивистская, то излучение называют синхротронным. При этом энергия излучающей частицы много больше энергии покоя этой частицы. Циклотронное и синхротронное излучение – два крайних вида магнитотормозного излучения. Существует промежуточный вид магнитотормозного излучения – гиросинхротронное излучение. В этом случае излучающая частица – умеренно релятивистская, и энергия движения такой частицы сравнима с её энергией покоя.
Частотный спектр гиросинхротронного излучения представляет из себя вот что:
image
Условно частотный спектр делится на 3 участка: оптически толстый, оптически тонкий режимы и режим, в котором значение оптической толщины приближено к 1. В фазе роста частотного спектра значение оптической толщины много больше 1 (источник находится в оптически толстом режиме), в области высоких частот значение оптической толщины много меньше 1 (источник находится в оптически тонком режиме). В окрестностях наибольшего значения интенсивности радиоизлучения значение оптической толщины порядка 1.

На этом вводная часть завершена, в следующих частях будет непосредственно Солнце и описание того, что же там происходит :)

Ну и напоследок:

Вики-справка по статье:
1. Про энергетические уровни читать здесь
2. Релятивистская — близкая к скорости света
3. Энергия покоя — E = mc^2
4. Частотный спектр — зависимость интенсивности радиоизлучения от частоты генерируемого излучения
5. Оптическая толщина — величина, которая характеризует ослабление света в среде за счёт его поглощения и рассеивания.
6. Почему электрон излучает при ускорении: читать здесь или Гинзбурга «Теоретическая физика и астрофизика».

Книги по теме:
1. Железняков В.В. «Излучение в астрофизической плазме».
2. Краус Дж.Д. «Радиоастрономия».
Вторая книга сильно попроще :) первая для маньяков :) До встречи!
Tags:
Hubs:
Total votes 34: ↑30 and ↓4 +26
Views 464
Comments Comments 25