Один из возможных сценариев формирования протуберанцев

Тесная связь некоторых типов протуберанцев с солнечными пятнами и вообще, с областями солнечной активности, уже неоднократно отмечалась (подробную классификацию протуберанцев см. в [1], там же ссылки на оригинальные работы). Тем не менее, авторы таких работ, как правило, ограничиваются указанием этого факта и не приводят последовательных и более или менее физически прозрачных сценариев образования протуберанцев. Мы хотим предложить такой сценарий, основанный на фундаментальном законе физики - законе сохранения момента импульса.

Рис.1. Схема, поясняющая формирование торообразного сопла и выброса. Чтобы избежать загромождение рисунка, мы не показываем на нем силовых линий магнитного поля; однако понятно, что в силу эффекта вморо-женности эти силовые линии будут параллельны векторам скорости плазмы и из-за расходимости этих линий в переходном слое между верхней фотосферой и нижней хромосферой магнитное давление будет понижаться с увеличением значения вертикальной координаты вдоль оси симметрии системы и этот ``магнитный эффект Бернулли'' также приведет к увеличению вертикальной компоненты скорости плазмы.

Если из глубоких слоев фотосферы всплывает вещество (например, из-за эффекта, описанного в [2]), то, как представляется, должен реализовываться следующий сценарий:

• •    всплывающая из фотосферы плазма, более плотная (и, соответственно, тяжелая) чем вещество хромосферы, и выносящая, к тому же, мощный магнитный поток, начинает растекаться по «поверхности» фотосферы;

• •    изменение скорости этой плазмы с вертикальной на практически горизонтальную приводит к появлению азимутально направленного относительно оси симметрии пятна момента импульса;

• •    в силу тенденции к сохранению углового момента вещества вокруг оси симметрии пятна формируется крупномасштабный торообразный вихрь - см. рис. 1;

• •    внутренняя «поверхность» этого тора представляет собой конфигурацию «конфузор – диффузор», т.е. сопло Лаваля;

• •    в соответствии с теоремой Бернулли в самом узком месте внутри этого тора давление вещества сильно понижается, а скорость, наоборот, возрастает;

• •    ускоренное в сопле вещество выбрасывается в хромосферу;

Отметим, что аналогичный механизм присутствует в молодых звездных системах и приводит к формированию сверхзвуковых джетов [3--4]. Добавим, также, что движение выбрасываемого в хромосферу вещества и вращающегося вещества торообразного вихря сонаправлены, поэтому относительный сдвиг их скоростей не слишком велик, и данная конфигурация течения не будет слишком быстро разрушаться неустойчивостью Кельвина-Гельмгольца.

Для редко наблюдающихся протуберанцев типа «торнадо» [5] аналогия с рассмотренной в [3-4] ситуацией практически полная, и события развиваются по сценарию «выброс - тор - торнадо – джет». От сценария, описанного выше, он отличается тем, что ускоренное в сопле вещество обладает момен- том вращения, направленным вдоль оси симметрии системы, и, соответственно, формирует вращающуюся смерчеподобную воронку. В свою очередь эта воронка засасывает вещество в свое основание и выбрасывает вверх вдоль оси симметрии. Механизм последнего процесса подобен механизму земного торнадо - центробежная сила отжимает вращающееся вещество к «стенкам» конической воронки, из-за чего давление на оси вращения падает тем сильнее, чем больше значение вертикальной координаты; этим и обусловлен эффект всасывания.

Добавим, что нечто подобное происходит и со всплывающим веществом, выносящим в хромосферу мощный магнитный поток, из-за расходимости магнитного поля - чем выше, тем меньше магнитное давление. В сжимаемом веществе уменьшается и газовое (термодинамическое) давление, в силу растекания вещества вдоль расходящихся силовых линий магнитного поля (эффект вмороженности) и соответствующего уменьшения плотности плазмы на оси симметрии системы. Для протуберанцев типа «торнадо» оба перечисленных выше эффекта должны усиливать друг друга.