Солнце – Это Просто. Часть Вторая: Механизмы Радиоизлучения

В продолжение темы, которую начал ранее .

Статья получила множество откликов, в том числе через хабрамейл и ICQ. Многие внесли в статью полезные дополнения и исправили некоторые неточности.

Большое вам спасибо за это! В этой части хотелось бы немного поговорить о механизмах радиоизлучения, как оно возникает и что из себя представляет :).

Ну и на заметку на будущее несколько фотографий активных областей Солнца, полученных мной с помощью радиотелескопа Нобеяма:

Солнце – это просто.
</p><p>
 Часть вторая: механизмы радиоизлучения

Итак, о механизмах радиоизлучения :) Электромагнитное излучение создается любым ускоряющимся заряженным объектом, будь то протон или электрон.

Поскольку масса электрона во много раз меньше массы протона, то электрон будет излучать гораздо сильнее.

Почему это? Мощность излучения заряженной частицы можно рассчитать по формуле Лармора:

Солнце – это просто.
</p><p>
 Часть вторая: механизмы радиоизлучения

Здесь q — заряд, a — ускорение и c — скорость света в вакууме.

Давайте также воспользуемся вторым законом Ньютона и в конечном итоге обнаружим, что чем меньше масса, тем больше излучение.

Кстати, электрон излучает в 4 миллиона раз мощнее, чем протон.



элементарные механизмы электромагнитного излучения



1. Тормоз


Солнце – это просто.
</p><p>
 Часть вторая: механизмы радиоизлучения

При таком механизме излучения среда воздействует на движущийся заряд. Кулоновские (дальние) столкновения приводят к ускорению или торможению заряда.

Соответственно, электрон начинает излучать.



2. Черенковский


Солнце – это просто.
</p><p>
 Часть вторая: механизмы радиоизлучения

Чтобы понять принцип действия этого механизма, достаточно представить себе аналогию с ударной волной от самолета или волной, создаваемой лодкой (лодкой, веткой), движущейся по воде.



3.Изгиб (магнитный дрейф)


Солнце – это просто.
</p><p>
 Часть вторая: механизмы радиоизлучения

Думаю, многие помнят из школьного (или институтского) курса физики движение тела по криволинейной линии (каждая точка такой линии имеет радиус кривизны, для круга - радиус).

Собственно, это ускорение оттуда :)

4. Излучение в линиях


Солнце – это просто.
</p><p>
 Часть вторая: механизмы радиоизлучения

Излучение возникает вследствие энергетических переходов в молекулах и атомах.



5. Магнитное торможение
На Солнце в активных областях (АО) основным механизмом излучения является именно магнитно-тормозной механизм излучения.

Расскажем о нем подробнее.



Солнце – это просто.
</p><p>
 Часть вторая: механизмы радиоизлучения

Магнитотормозное излучение определяется тем, что при движении электрона в магнитном поле под углом к силовой линии (этот угол называется питч-углом) траектория электрона представляет собой спиральную линию с осью, расположенной вдоль силовой линии магнитного поля.

Проецируя эту спиральную линию на плоскость, перпендикулярную вектору магнитного поля B, образуется круг.

Поскольку электрон движется в магнитном поле, на него действует сила Лоренца:

Солнце – это просто.
</p><p>
 Часть вторая: механизмы радиоизлучения

Частота вращения электрона по кругу – это гирочастота:

Солнце – это просто.
</p><p>
 Часть вторая: механизмы радиоизлучения

В зависимости от скорости движения электронов различают три типа магнитно-тормозного излучения.

Если излучающая частица слаборелятивистская, то излучение циклотронное.

В таких случаях энергия излучающей частицы намного меньше энергии покоя частицы.

Если частица ультрарелятивистская, то излучение называется синхротронным.

В этом случае энергия излучающей частицы значительно превышает энергию покоя этой частицы.

Циклотронное и синхротронное излучение представляют собой два крайних типа магнитно-тормозного излучения.

Существует промежуточный тип магнитно-тормозного излучения — гиросинхротронное излучение.

В этом случае излучающая частица является умеренно релятивистской, и энергия движения такой частицы сравнима с ее энергией покоя.

Частотный спектр гиросинхротронного излучения следующий:

Солнце – это просто.
</p><p>
 Часть вторая: механизмы радиоизлучения

Условно спектр частот разделяют на 3 участка: оптически толстые, оптически тонкие моды и режим, в котором значение оптической толщины близко к 1. В фазе роста частотного спектра значение оптической толщины значительно больше 1 (источник находится в оптически толстом режиме), в области высоких частот значение оптической толщины значительно меньше 1 (источник находится в оптически тонком режиме).

В районе наибольшей интенсивности радиоизлучения оптическая толща порядка 1. На этом вводная часть закончена, в следующих частях будет само Солнце и описание того, что там происходит :) И наконец: Вики-ссылка на статью: 1. Прочтите об уровнях энергии Здесь 2. Релятивистский – близкий к скорости света.

3. энергия покоя – E = mc^2. 4. Частотный спектр – зависимость интенсивности радиоизлучения от частоты генерируемого излучения.

5. Оптическая толщина – величина, характеризующая ослабление света в среде вследствие его поглощения и рассеяния.

6. Почему электрон при ускорении излучает: читать Здесь или Гинзбург «Теоретическая физика и астрофизика».

Книги по теме: 1. Железняков В.

В.

«Излучение в астрофизической плазме».

2. Краус Ю.

Д.

«Радиастрономия».

Вторая книга гораздо проще :) первая для маньяков :) До встречи! Теги: #Научно-популярная #солнце #просто о сложном

Вместе с данным постом часто просматривают: