Существует связь между изменениями интенсивности космического излучения и активными процессами на Солнце. Изменения имеют двоякий характер: это, во-первых, кратковременные усиления и, во-вторых, более длительные уменьшения, часто наблюдающиеся во время магнитных бурь. Сперва мы рассмотрим усиления, о которых за последние годы собрано много нового наблюдательного материала. Усиления обычно длятся 1—2 часа, причём повышается чаще всего на несколько процентов относительно нормы и только в редких случаях — на десятки или сотни процентов. Наиболее характерной чертой усилений является их тесная связь с яркими хромосферными извержениями на Солнце. Обычно усиление возникает или достигает максимума через некоторое время после максимума яркости извержения, колеблющееся от десятков минут до двух часов. Клэй, например, наблюдал в Амстердаме в течение года более 30 случаев значительного усиления и ещё 30 более слабых случаев, причём все они были связаны с солнечными извержениями. Но всё же связь между усилениями и видимыми на Земле хромосферными извержениями далеко не однозначна. Отмечен ряд усилений, не связанных с извержениями, и, наоборот, ряд ярких хромосферных извержений не сопровождался усилениями. Например, Эмерт приводит список усилений, наблюдавшихся в Фридрихсгафене. Общее их число равно 19, причём только 8 из них были связаны с извержениями. Укажем обратный пример: во время яркого хромосферного извержения (интенсивность 3 +) самописец, установленный в Боулдер (шт. Колорадо, США) на высоте около 1600 м, не отметил усиления. Несмотря на эти случаи видимых несовпадений между усилениями и хромосферными извержениями, следует всё же считать, что наблюдавшиеся совпадения между этими явлениями не случайны. Усиления происходят настолько редко, что вероятность случайного совпадения их с хромосферными извержениями ничтожно мала. В то же время отсутствие совпадений между ними можно легко объяснить. Действительно, регистрация усиления без видимого хромосферного извержения связана с тем, что Солнце не находится под непрерывным наблюдением. Появление хромосферного извержения без усиления (во время работы регистрирующей установки) можно объяснить, исходя из какого-либо конкретного физического механизма возникновения потока частиц с энергиями космического излучения во время извержения на Солнце. Позже мы вернёмся к этому вопросу, а пока укажем на следующую возможность: корпускулярный поток может вылетать из Солнца не радиально. Если он к тому же достаточно узок, то возможность встречи его с Землёй определяется благоприятными геометрическими условиями, которые далеко не всегда выполняются. Мы приходим, таким образом, к важному гелиофизическому выводу: во время хромо-сферных извержений Солнце может испускать частицы с энергиями космического излучения, т. е. достигающими 10*—1010 электрон-вольт. Возникает вопрос о физическом механизме выброса из Солнца частиц с такими громадными энергиями. Прежде чем попытаться ответить на этот вопрос, рассмотрим более подробно один из наиболее типичных случаев усиления / и возникновения ряда сопутствующих явлений, связанных с ярким хромосферным извержением. Хромо-сферное извержение началось в 10 час. 30 мин. (по гринвичскому времени) и через 4 мин. достигло максимальной интенсивности 3+ рз, 15] Оно имело вид двух ярких волокон, которые пересекали группу пятен, расположенную вблизи западного края Солнца (гелио-графич. широта 2—5° S, долгота от центр, меридиана 70—74° W). Ширина линии Н„ была максимальной (22.9 д) в 1U час. 32 мин. Эллисон наблюдал извержения, связанные с двумя другими значительными усилениями. Во всех трёх случаях извержения имели следующие общие характеристики: 1) большая площадь, порядка 2000 миллионных долей полусферы, 2) чрезвычайно быстрая вспышка свечения — максимальная интенсивность наблюдалась через несколько минут после начала извержения, 3) высокая интенсивность свечения в линии Н, достигавшая в максимуме 200—300% интенсивности непрерывного спектра, а также расширение крыльев линии. В 10 час. 30 мин. началось ионосферное возмущение. На высотно-частотной характеристике ионосферы, снятой в этот момент, отсутствовали почти все отражения. В 11 час. строение ионосферы стало нормальным. Запись отражений на постоянной частоте (1800 кгц) исчезла в 10 час. 30 мин. В этот же момент сила поля от радиостанции на частоте 6078.9 кгц начала падать и через 3— 4 мин. достигла нуля. В 10 час. 50 мин. сила поля начала возрастать и около 13 час. 30 мин. достигла нормы. Первое отражение на постоянной частоте появилось в 11 час. 54 мин. В 10 час. 33 мин. началось и около 11 час. окончилось небольшое отрицательное бухто-образное возмущение горизонтальной составляющей геомагнитного поля. Амплитуда его не превышала 30 гамм. Ионосферные и магнитные возмущения подобного рода обычно следуют за яркими хромосферными извержениями. Они возникают вследствие поглощения ультрафиолетового излучения извержения в нижнем слое ионосферы. При этом возрастает ионизация, т. е. и проводимость этого слоя, что приводит к поглощению коротких радиоволн. Одновременно усиливается система ионосферных токов, ответственных за суточную вариацию геомагнитного поля — на магнитограмме возникает характерное небольшое бухтообразное возмущение. В этот же день многие наблюдатели космических лучей отметили усиление, достигавшее на некоторых обсерваториях исключительной силы. Интересно сравнить результаты наблюдений этого усиления / на пяти обсерваториях, снабжённых однотипными ионизационными камерами Комптона — Беннета. Усиления на всех этих обсерваториях начались в 10 час. 45 мин., т. е. через 15 минут после начала извержения, и ещё через 15 мин. достигли максимума. Отсутствие усилений на экваторе и появление их одновременно на освещенной Солнцем и тёмной сторонах Земли можно объяснить только тем, что эти усиления вызваны вылетевшими из Солнца заряженными частицами, отклонившимися в магнитном поле Земли. На горной обсерватории (Клаймакс) усиление было в 4.2 раза больше, чем вблизи уровня моря, на той же примерно геомагнитной широте (Чельтенхэм). Следует ещё учесть, что камера в Клаймаксе имела, кроме основного экранирования, ещё дополнительный железный экран. Подсчёт показал, что истинное усиление в Клаймаксе составляло 207%, т. е. коэффициент относительно Чельтенхэма был равен 4.8. Было также найдено, что коэффициент поглощения частиц, ответственных за усиление, совпадает с коэффициентом поглощения нуклонной компоненты космического излучения, вызывающей образование «звёзд» на фотопластинках. Возможно поэтому, что частицы, давшие усиление, не являются обычными мезонами; к тому же ионизация, вызываемая последними, имеет слабую зависимость от широты. В усилениях широтный эффект выражен очень резко. На этом основании в работе делается вывод, что усиления вызваны нуклонами и их продуктами. Но тогда число первичных частиц должно было увеличиться в 20 раз для того, чтобы дать усиление на 200%. Значительное усиление отметили и другие установки. В Манчестере работал тройной телескоп из счётчиков, расположенных в плоскости меридиана под углом 45° к горизонту. Максимальное усиление достигло 12% выше нормы. В Баргтехайде (Германия) две независимые установки, отмечавшие двойные совпадения, записали усиление примерно на 15%. Особый интерес представляет громадное повышение интенсивности нейтронной компоненты космического излучения, наблюдавшееся в Манчестере. Нейтронный детектор состоял из пропорционального счётчика, наполненного трёхфтористым бором (ВРз) и окружённого со всех сторон химически чистым графитом. В 11 час. количество отсчётов увеличилось с 700 до 3750, т. е. почти в 5.5 раз. Затем число отсчётов в час убывало по примерно экспоненциальному закону и достигло нормы около 24 час. Избыточные нейтроны не могли прийти непосредственно от Солнца, так как после захода Солнца в Манчестере нейтронная интенсивность была ещё в 2.5 раза выше нормы. Следовательно, нейтроны должны были возникнуть в результате взаимодействия первичных заряженных солнечных частиц с атмосферой Земли. Исходя из того, что на геомагнитном экваторе не наблюдалось усиления (точно так же, как и во время усилений , можно оценить энергию первичных солнечных частиц. Пороговая энергия для экватора равна 10-109 eV. Минимальные потери на ионизацию в земной атмосфере составляют 2 • 109 eV. Очевидно, энергия первичных частиц (рассчитанная на 1 мезон) должна заключаться в этих пределах. Природа частиц, вылетающих из Солнца, пока ещё твёрдо не установлена. По всей вероятности, это частицы, которые преобладают в верхних слоях солнечной атмосферы, т. е. протоны и, может быть, высокоионизованные атомы железа, кальция и других металлов, линии которых наблюдаются в спектре солнечной короны. Физический процесс, ускоряющий эти частицы, имеет электромагнитную природу. Область на Солнце, содержащая магнитное поле напряжённостью около 3000 гаусс, может иметь поперечник до 20 000 км, т. е. 2 • 109 см, причём скорость изменения магнитной индукции мбжет доходить до 2000 гаусс за сутки. Однако у одиночного пятна электрические и магнитные силовые линии практически взаимно перпендикулярны, т. е. частица не может покинуть пятно, двигаясь по магнитной силовой линии. Для этого необходимо, чтобы электрическое поле имело составляющую в направлении магнитной силовой линии. Это может осуществиться в сложных многополюсных группах, при удалении или сближении пятен друг с другом. До последнего времени перед изложенной гипотезой стояло следующее препятствие: считалось, что магнитное поле пятен сильно ограничено по высоте, т. е. практически все силовые линии пятна возвращаются на Солнце, а для того чтобы заряженная частица могла покинуть Солнце и достигнуть Земли, необходимо наличие магнитных силовых линий, уходящих из пятна на бесконечность. Сильно ионизованная, хорошо проводящая атмосфера Солнца не может экранировать магнитное поле пятен. Благодаря своей легкоподвижности вещество солнечной атмосферы сейчас же придёт в движение при изменении магнитного поля пятна, вследствие чего сделается невозможным существование стационарных экранирующих токов. Поэтому магнитное поле пятен будет распространяться почти без затухания в самые высокие слои атмосферы Солнца. Следует подчеркнуть, что описанный физический механизм может объяснять выброс из Солнца также и частиц с гораздо меньшими энергиями, вызывающими на Земле магнитные бури и полярные сияния. В особенности это относится к магнитным бурям с внезапным началом. Для подтверждения сказанного приведём построенный нами график «активных долгот» усилений и магнитных бурь с внезапным началом. Даты этих явлений отмечались на 28-дневном календаре, после чего подсчитывалось число случаев по столбцам и/суммировалось по трёхдневкам. Сходство обеих кривых показывает, во-первых, их реальность, т. е. солнечную природу явлений, и, во-вторых, общность вызывающих эти явления процессов на Солнце. Сейчас перед физиками и астрономами возникает интересная задача: проследить во всех деталях процесс ускорения заряженных частиц в изменяющихся магнитных полях солнечных пятен. Рассмотрим теперь уменьшения , наблюдающиеся часто во время сильных геомагнитных бурь. По ряду причин эти уменьшения нельзя считать обусловленными уменьшением горизонтальной составляющей геомагнитного поля во время бури, как это обычно принималось. Недавно появилась гипотеза, пытающаяся объяснить уменьшения непосредственным воздействием ультрафиолетового излучения активных областей Солнца на верхние слои земной атмосферы. Предполагается, что это излучение поглощается слоем озона, расположенным на высоте 25—50 км, что приводит к возрастанию температуры в слое. При этом слой расширяется и подымается вверх, вследствие чего мезоны, образовавшиеся в более высоких слоях земной атмосферы, будут проходить более длинный путь, на котором их распад станет более вероятным. В результате интенсивность мезонной компоненты космического излучения в течение 2—3 дней будет снижена. Расчёты подтверждают возможность такого объяснения уменьшений. Таким же путём можно объяснить и 11-летний циклический ход. Кривые изменения на обсерваториях Чельтен-хэм и Гуанкайо в точности подобны обратной кривой относительных чисел солнечных пятен. Заметим, что точное совпадение циклических кривых пятнообразовательной деятельности Солнца и какого-либо геофизического явления обычно указывает на связь этого явления с ультрафиолетовым излучением Солнца. Геофизические явления, обусловленные корпускулярной радиацией Солнца, имеют характерное запаздывание циклической кривой на 2—3 года, а иногда и дополнительный максимум, возникающий незадолго до минимума солнечной активности. Однако эта гипотеза происхождения уменьшений и 11-летнего циклического изменения имеет существенный недостаток. Согласно этой гипотезе,должен был бы наблюдаться значительный суточный и годовой ход, всегда присутствующий у геофизических явлений, обусловленных ультрафиолетовым излучением Солнца. Как известно, существенного годового или солнечно-суточного изменения не имеет. Поэтому вопрос о реальности изложенной гипотезы остаётся пока открытым.