Особенности возбуждения и распространения волн гравитации в фотосфере Солнца
По результатам наблюдений в линии Fe I воспроизведены пространственно-временные вариации давления в солнечной фотосфере, и путем фильтрации выделены локальные внутренние волны гравитации. По спектрам мощности волн гравитации исследованы интегральные особенности возбуждения и распространения g-мод...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Головна астрономічна обсерваторія НАН України
2012
|
| Назва видання: | Кинематика и физика небесных тел |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/77127 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особенности возбуждения и распространения волн гравитации в фотосфере Солнца / М.И. Стодилка // Кинематика и физика небесных тел. — 2012. — Т. 28, № 3. — С. 73-80. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-77127 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-771272015-02-22T03:01:53Z Особенности возбуждения и распространения волн гравитации в фотосфере Солнца Стодилка, М.И. Физика Солнца По результатам наблюдений в линии Fe I воспроизведены пространственно-временные вариации давления в солнечной фотосфере, и путем фильтрации выделены локальные внутренние волны гравитации. По спектрам мощности волн гравитации исследованы интегральные особенности возбуждения и распространения g-мод в условиях реальной фотосферы Солнца, которые возбуждаются динамическими процессами у начала области проникающей конвекции. За результатами спостережень в лінії Fе I відтворено просторово-часові варіації тиску в сонячній фотосфері, і шляхом фільтрації виділено локальні внутрішні хвилі гравітації. За спектрами потужності хвиль гравітації досліджено інтегральні особливості збудження та поширення g-мод в умовах реальної фотосфери Сонця, що збуджуються динамічними процесами на початку області проникної конвекції. Using observation data in the Fe I line, spatial-time variations of the pressure in the solar photosphere are reproduced and local internal gravity waves are extracted through the corresponding filtration. On the basis of power spectra of the gravity waves, some integral peculiarities of the excitation and propagation of g-modes excited by dynamical processes at the beginning of the overshooting region are studied. 2012 Article Особенности возбуждения и распространения волн гравитации в фотосфере Солнца / М.И. Стодилка // Кинематика и физика небесных тел. — 2012. — Т. 28, № 3. — С. 73-80. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0233-7665 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/77127 523.9 ru Кинематика и физика небесных тел Головна астрономічна обсерваторія НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Физика Солнца Физика Солнца |
| spellingShingle |
Физика Солнца Физика Солнца Стодилка, М.И. Особенности возбуждения и распространения волн гравитации в фотосфере Солнца Кинематика и физика небесных тел |
| description |
По результатам наблюдений в линии Fe I воспроизведены пространственно-временные вариации давления в солнечной фотосфере, и путем фильтрации выделены локальные внутренние волны гравитации. По спектрам мощности волн гравитации исследованы интегральные особенности возбуждения и распространения g-мод в условиях реальной фотосферы Солнца, которые возбуждаются динамическими процессами у начала области проникающей конвекции. |
| format |
Article |
| author |
Стодилка, М.И. |
| author_facet |
Стодилка, М.И. |
| author_sort |
Стодилка, М.И. |
| title |
Особенности возбуждения и распространения волн гравитации в фотосфере Солнца |
| title_short |
Особенности возбуждения и распространения волн гравитации в фотосфере Солнца |
| title_full |
Особенности возбуждения и распространения волн гравитации в фотосфере Солнца |
| title_fullStr |
Особенности возбуждения и распространения волн гравитации в фотосфере Солнца |
| title_full_unstemmed |
Особенности возбуждения и распространения волн гравитации в фотосфере Солнца |
| title_sort |
особенности возбуждения и распространения волн гравитации в фотосфере солнца |
| publisher |
Головна астрономічна обсерваторія НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Физика Солнца |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/77127 |
| citation_txt |
Особенности возбуждения и распространения волн гравитации в фотосфере Солнца / М.И. Стодилка // Кинематика и физика небесных тел. — 2012. — Т. 28, № 3. — С. 73-80. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| series |
Кинематика и физика небесных тел |
| work_keys_str_mv |
AT stodilkami osobennostivozbuždeniâirasprostraneniâvolngravitaciivfotosferesolnca |
| first_indexed |
2025-07-06T01:28:01Z |
| last_indexed |
2025-07-06T01:28:01Z |
| _version_ |
1836859031775346688 |
| fulltext |
ÓÄÊ 523.9
Ì. È. Ñòîäèëêà
Àñòðîíîìè÷åñêàÿ îáñåðâàòîðèÿ
Ëüâîâñêîãî íàöèîíàëüíîãî óíèâåðñèòåòà èìåíè Èâàíà Ôðàíêî
óë. Êèðèëëà è Ìåôîäèÿ 8, Ëüâîâ, 79005
Îñîáåííîñòè âîçáóæäåíèÿ è ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëí
ãðàâèòàöèè â ôîòîñôåðå Ñîëíöà
Ïî ðåçóëüòàòàì íàáëþäåíèé â ëèíèè Fe I âîñïðîèçâåäåíû ïðîñòðàí -
ñòâåííî-âðåìåííûå âàðèàöèè äàâëåíèÿ â ñîëíå÷íîé ôî òî ñôåðå, è ïó -
òåì ôèëüòðàöèè âûäåëåíû ëîêàëüíûå âíóòðåííèå âîëíû ãðàâèòàöèè.
Ïî ñïåêòðàì ìîùíîñòè âîëí ãðàâèòàöèè èññëåäî âàíû èíòåãðàëüíûå
îñîáåííîñòè âîçáóæäåíèÿ è ðàñïðîñòðàíåíèÿ g-ìîä â óñëîâèÿõ ðåàëü -
íîé ôîòîñôåðû Ñîëíöà, êîòîðûå âîçáóæäà þòñÿ äèíàìè÷åñêèìè
ïðî öåññàìè ó íà÷àëà îáëàñòè ïðîíèêàþùåé êîí âåêöèè.
ÎÑÎÁËÈÂÎÑÒ² ÇÁÓÄÆÅÍÍß ÒÀ ÏÎØÈÐÅÍÍß ÕÂÈËÜ ÃÐÀ²ÒÀ -
Ö²¯  ÔÎÒÎÑÔÅв ÑÎÍÖß, Ñòîä³ëêà Ì. ². — Çà ðåçóëüòàòàìè
ñïîñòåðåæåíü â ë³í³¿ Få I â³äòâîðåíî ïðî ñòî ðîâî-÷àñîâ³ âàð³àö³¿
òèñêó â ñîíÿ÷í³é ôîòîñôåð³, ³ øëÿõîì ô³ëüòðàö³¿ âèä³ëåíî ëîêàëüí³
âíóò ð³øí³ õâèë³ ãðàâ³òàö³¿. Çà ñïåêòðàìè ïîòóæíîñò³ õâèëü ãðàâ³òà -
ö³¿ äîñë³äæåíî ³íòåãðàëüí³ îñîáëèâîñò³ çáóäæåííÿ òà ïîøè ðåííÿ
g-ìîä â óìîâàõ ðåàëüíî¿ ôîòîñôåðè Ñîíöÿ, ùî çáóäæóþòüñÿ äèíà -
ì³÷ íèìè ïðîöåñàìè íà ïî÷àòêó îáëàñò³ ïðîíèêíî¿ êîíâåêö³¿.
SOME PECULIARITIES OF EXCITATION AND PROPAGATION OF
GRAVITY WAVES IN THE SOLAR PHOTOSPHERE, by Stodilka M. I. —
Using observation data in the Fe I line, spatial-time variations of the
pressure in the solar photosphere are reproduced and local internal gravity
waves are extracted through the corresponding filtration. On the basis of
power spectra of the gravity waves, some integral peculiarities of the
excitation and propagation of g-modes excited by dynamical processes at
the beginning of the overshooting region are studied.
ÂÂÅÄÅÍÈÅ
Ïîñêîëüêó âîëíû ãðàâèòàöèè ìîãóò ýôôåêòèâíî ïåðåíî ñèòü ìåõà íè -
÷åñêèé èìïóëüñ çâåçäíîãî âåùåñòâà, òî ñàìî èõ íàëè÷èå ïðèâîäèò ê
73
ISSN 0233-7665. Êèíåìàòèêà è ôèçèêà íåáåñ. òåë. 2012. Ò. 28, ¹ 3
© Ì. È. ÑÒÎÄÈËÊÀ, 2012
74
Ì. È. ÑÒÎÄÈËÊÀ
áî ëåå îäíîðîäíîìó âðàùåíèþ çâåçäû (æåñòêîìó âðàùå íèþ ðàäèà òèâ -
íûõ íåäð); âîëíû ãðàâèòàöèè ïðèâëåêàþòñÿ äëÿ îáúÿñ íåíèÿ ñîäåð æà -
íèÿ ëèòèÿ õîëîäíûõ çâåçä [6, 14]. Ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî g-ìî äû, êîòîðûå âîç -
íè êàþò â ñëîÿõ ïîä êîíâåêòèâíîé çîíîé, ìîãóò òóííå ëèðîâàòü ñêâîçü
êîí âåêòèâíî íåóñòîé÷èâûå ñëîè è ïîÿâëÿòüñÿ â àòìî ñôåðå â âèäå äîë -
ãî ïåðèîäè÷åñêèõ êîëåáàíèé ìàëîé àìïëèòóäû. Òàêèå ìîäû íåñóò èí -
ôîð ìàöèþ î ñîñòîÿíèè íåäð Ñîëíöà [1, 9, 10].
Òåîðåòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëí ãðàâèòàöèè â
îä íîðîäíîé ñðåäå âûïîëíåíî â ðàáîòàõ [5, 6, 9—11, 14, 15].
Îñòàåòñÿ íåðåøåííîé ïðîáëåìà âîçáóæäåíèÿ âîëí ãðàâèòàöèè è
èõ ðàñïðîñòðàíåíèÿ â íåîäíîðîäíîé ñðåäå. Íàèáîëåå ÷àñòî èñïîëü çó -
åò ñÿ ìîäåëü âîçáóæäåíèÿ ÂÂÃ ïðîíèêàþùåé êîíâåêöèåé [5, 6]: ñèëü -
íûå íèñõîäÿùèå ïîòîêè (ïëþìû) ïðîíèêàþò èç êîíâåêòèâíîé çîíû â
óñ òîé÷èâûå ñëîè íèæåëåæàùåé ðàäèàòèâíîé çîíû è âîçáóæäàþò ñëó -
÷àé íûå âîëíû ãðàâèòàöèè. Çàðîæäàþùèåñÿ â âåðõíèõ ñëîÿõ êîíâåê -
òèâ íîé çîíû ìîùíûå íèñõîäÿùèå ïîòîêè çà âðåìÿ ïðîõîæäåíèÿ êîí -
âåêòèâíîé çîíû óñêîðÿþòñÿ çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ èõ ïëàâó÷åñòè è ïî -
ïà äàþò â ðàäèàòèâíóþ çîíó, êóäà ïåðåíîñÿò áîëüøîå êîëè÷åñòâî êè -
íå òè ÷åñêîé ýíåðãèè.  ðàäèàòèâíîé çîíå õîëîäíîå âåùåñòâî áûñòðî
òåð ìàëèçóåòñÿ, ïëàâó÷åñòü ïðè ýòîì èñ÷åçàåò, è âåùåñòâî äâèæåòñÿ ïî
èíåðöèè â êîíâåêòèâíî óñòîé÷èâîé çîíå, âîçáóæäàÿ òàêèì îáðàçîì
ÂÂÃ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, èçâåñòíî [9], ÷òî â óñëîâèÿõ çåìíîé àòìî ñôå -
ðû ÂÂà èíòåíñèâíî âîçáóæäàþòñÿ âîñõîäÿùèìè ïîòîêàìè â óñòîé ÷è -
âîé îáëàñòè, ïðèëåãàþùåé ê âûñîêîòóðáóëåíòíûì ñëîÿì. Àíàëî ãè÷ -
íîå íàëîæåíèå íåóñòîé÷èâûõ è óñòîé÷èâûõ ñëîåâ èìååò ìåñòî â ôîòî -
ñôåðå Ñîëíöà: êîíâåêòèâíûå ïîòîêè óäàðÿþòñÿ îá óñòîé÷èâûå ñëîè
ôî òî ñôåðû è ïðîíèêàþò ââåðõ, â çîíó ïðîíèêàþùåé êîíâåêöèè, ïî -
ðîæ äàÿ ïðè ýòîì ÂÂÃ. Äèíàìèêà âîëí ãðàâèòàöèè (íåëèíåéíîå âçàè -
ìî äåéñòâèå) ðàññìîòðåíà â ðàáîòå [7].
 óñëîâèÿõ ôîòîñôåðû Ñîëíöà ÂÂà ìîãóò òàêæå âîçáóæäàòüñÿ íà
ãðà íèöå êîíâåêòèâíûõ ïîòîêîâ [4] ñ áîëüøèì ãîðèçîíòàëüíûì ãðàäè -
åí òîì ñêîðîñòåé; îíè ìîãóò ëåãêî ãåíåðèðîâàòüñÿ â òóðáóëåíòíûõ ïî -
òî êàõ (ñóïåðãðàíóëà, ãðàíóëà, ìåæãðàíóëà, ïëþì), ãäå âîçìîæíû ðàç -
íî ãî ðîäà íåñòàáèëüíîñòè [9, 10]. Íèæå ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû
èññëåäîâàíèÿ âîçáóæäåíèÿ è ðàñ ïðîñò ðàíåííèÿ ëîêàëüíûõ âîëí ãðà -
âè òàöèè â ôîòîñôåðíûõ ñëîÿõ Ñîëí öà.
ÌÅÒÎÄÈÊÀ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß
 äàííîì èññëåäîâàíèè èñïîëüçîâàíû ðåçóëüòàòû íàáëþäåíèé â ëè -
íèè l 639.360 íì Fe I öåíòðà äèñêà ñïîêîéíîãî Ñîëíöà íà òåëåñêîïå
VTT (Êàíàðñêèå îñòðîâà), âûïîëíåííûå Í. Ã. Ùóêèíîé, ñ âûñîêèì
ïðîñòðàíñòâåííûì è âðåìåííûì ðàçðåøåíèåì (Dt = 10 c, DX » 252 êì)
[8].
Ïðîôèëè ëèíèè Fe I l 639.360 íì äàþò âîçìîæíîñòü îïðåäåëÿòü
ïà ðàìåòðû ìîäåëè îò ñëîåâ îáðàçîâàíèÿ êîíòèíóóìîâ äî ñëîåâ, ïðè -
ëå ãàþùèõ ê òåìïåðàòóðíîìó ìèíèìóìó. Òàê êàê â âåðõíèõ ñëîÿõ àò -
ìî ñôåðû Ñîëíöà ñóùåñòâåííû ýôôåêòû îòêëîíåíèÿ îò ËÒÐ, ìû ðå øà -
åì èíâåðñíóþ çàäà÷ó íåðàâíîâåñíîãî ïåðåíîñà èçëó÷åíèÿ: â ðàìêàõ
êàæ äîé ïðîìåæóòî÷íîé ìîäåëè, êîòîðàÿ èòåðàöèîííî óòî÷íÿåòñÿ, ïó -
òåì ñîâìåñòíîãî ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ ïåðåíîñà è ñòàòðàâíîâåñèÿ íàõî -
äèì íå ËÒÐ-ïàðàìåòðû, êîòîðûå çàòåì èñïîëüçóþòñÿ â èíâåðñíîé
ïðî öåäóðå.
Ïî íàáëþäåííûì âäîëü ùåëè ñïåêòðîãðàôà ïðîôèëÿì âûáðàííîé
ëè íèè ìû âîñïðîèçâåëè íàáîð ïîëóýìïèðè÷åñêèõ ìîäåëåé àòìîñôåðû
Ñîëí öà âäîëü ïðîñòðàíñòâåííîé êîîðäèíàòû X íà ïîâåðõíîñòè Ñîëí -
öà. Òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷àåòñÿ äâóõìåðíàÿ ìîäåëü íåîäíîðîäíîé àò -
ìî ñôåðû Ñîëíöà âäîëü äâóõ ïðîñòðàíñòâåííûõ êîîðäèíàò X, h (h —
âûñîòà) è âðåìåíè.
Âíóòðåííèå âîëíû ãðàâèòàöèè ìû ïîëó÷àëè ïóòåì:
— óñòðàíåíèÿ àêóñòè÷åñêèõ êîëåáàíèé (çâóêîâûõ è ñâåðõ çâóêî -
âûõ äâèæåíèé),
— óñòðàíåíèÿ ìåäëåííûõ êîíâåêòèâíûõ äâèæåíèé (V < 0.2 êì/ñ),
— âûäåëåíèÿ ôàçîâûõ äâèæåíèé, ðàñïðîñòðàíÿþùèõñÿ â íèæíèå
ñëîè,
— ôàçîâîé ôèëüòðàöèè, ó÷èòûâàþùåé ñîîòâåòñòâóþùèå ôàçîâûå
ñî îòíîøåíèÿ ìåæäó âàðèàöèÿìè äàâëåíèÿ è ïëîòíîñòè äëÿ âîëí ãðà -
âè òàöèè [9, 10]: 0 £ Djr , p £ p/2.
ÏÎËÓ×ÅÍÍÛÅ ÐÅÇÓËÜÒÀÒÛ
Ðàññìîòðèì ýíåðãåòèêó ãðàâèòàöèîííûõ êîëåáàíèé. Äëÿ ýòîãî, èñ -
ïîëü çóÿ âîñïðîèçâåäåííûå ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûå âàðèàöèè
äàâ ëåíèÿ âäîëü ïðîñòðàíñòâåííîé êîîðäèíàòû è âðåìåíè, ðàññìîòðèì
÷àñ òîòíûå çàâèñèìîñòè ìîùíîñòè êîëåáàíèé (ò. å. ìîùíîñòü, ïðî -
ñóììèðîâàííóþ ïî ïðîñòðàíñòâåííîé ÷àñòîòå) íà ðàçíûõ âûñîòàõ.
Òàê êàê ìîùíîñòü êîëåáàíèé íà îïðåäåëåííîé ãëóáèíå çàâèñèò îò âðå -
ìåí íîé (w) è ïðîñòðàíñòâåííîé (k) ÷àñòîò, òî
P dk P kh ( ) ( , )w w= ×ò .
Èçìåíåíèå ìîùíîñòè äàâëåíèÿ âîëí ãðàâèòàöèè ñ âûñîòîé ïîêà -
çà íî íà ðèñ. 1, à, ìîùíîñòü íîðìèðîâàíà íà åå ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå.
Äèà ïàçîí èçìåíåíèÿ íîðìèðîâàííîé ìîùíîñòè îãðàíè÷åí çíà÷å íèÿ -
ìè 0.002—0.8, ÷òî ëó÷øå âîñïðîèçâîäèò êîíòðàñò â âåðõíèõ ñëîÿõ àò -
ìî ñôåðû.
Êàê âèäèì, íàèáîëüøàÿ ìîùíîñòü ñîñðåäîòî÷åíà â ñìåæíûõ ñëî -
ÿõ íèæíåé è âåðõíåé ôîòîñôåðû 75 < h < 200 êì íà ÷àñòîòàõ ìåíüøå
0.6 ìÃö, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ïåðèîäàì áîëüøå 28 ìèí. Äëÿ êàæäîé îò -
äåëü íî âçÿòîé ÷àñòîòû ìàêñèìóì ìîùíîñòè ïðèïàäàåò íà òå æå âû ñî -
òû, íî ñ óâåëè÷åíèåì ÷àñòîòû åãî çíà÷åíèå ðåçêî óìåíüøàåòñÿ: òàê, íà
÷àñ òî òàõ 1.5 ìÃö (T » 11 ìèí) óäåëüíàÿ ìîùíîñòü óìåíüøàåòñÿ íà ïî -
ðÿ äîê, îáúåìíàÿ ïëîòíîñòü ýíåðãèè Dprms = P — â 3.16 ðàçà, à íà ÷àñ -
75
ÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÈ ÂÎÇÁÓÆÄÅÍÈß È ÐÀÑÏÐÎÑÒÐÀÍÅÍÈß ÂÎËÍ ÃÐÀÂÈÒÀÖÈÈ
òî òàõ 3.3 ìÃö (T » 5 ìèí) — óæå íà äâà ïîðÿäêà, îáúåìíàÿ ïëîòíîñòü
ýíåð ãèè — íà ïîðÿäîê. Íà ÷àñòîòàõ âûøå 4.3 ìÃö ãðàâèòàöèîííûå êî -
ëå áàíèÿ ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóþò, ïîñêîëüêó ýòè ÷àñòîòû óæå ñîèç -
ìå ðèìû ñ ÷àñòîòîé Áðåíòà — Âÿéñÿëÿ; ïîñëåäíÿÿ íàêëàäûâàåò îãðà -
íè ÷åíèå ñâåðõó íà ÷àñòîòû g-ìîä. Ïîýòîìó ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ïåðå -
íîñ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè îñóùåñòâëÿåòñÿ âîëíàìè ãðàâèòàöèè ñðåä -
íèõ è áîëüøèõ ïåðèîäîâ T > 5 ìèí.
Íà ðèñ. 1, á ïðèâåäåí ñïåêòð ìîùíîñòè âîëí ãðàâèòàöèè ñ ó÷åòîì
îã ðàíè÷åíèÿ íà ÷àñòîòó Áðåíòà — Âÿéñÿëÿ. Ñîãëàñíî [12] ÷àñòîòà
Áðåíòà — Âÿéñÿëÿ îïðåäåëÿåòñÿ ãðàäèåíòîì ðàâíîâåñíîé òåìïå ðàòó -
ðû è àäèàáàòè÷åñêèì òåìïåðàòóðíûì ãðàäèåíòîì:
wB V-
2 =
g
T
dT
dz
g
cs0
0
2
2
1× + -( )g ,
ãäå T0— ðàâíîâåñíàÿ òåìïåðàòóðà, cs— àäèàáàòè÷åñêàÿ ñêîðîñòü çâó -
êà.  îáëàñòè òåìïåðàòóðíîãî ìèíèìóìà ÷àñòîòà Áðåíòà — Âÿéñÿëÿ
ïðàê òè÷åñêè ñîâïàäàåò ñ òàêîâîé äëÿ èçîòåðìè÷åñêîé àòìîñôåðû, íî â
ñëî ÿõ ñðåäíåé, à îñîáåííî íèæíåé ôîòîñôåðû (ïðè ó÷åòå ãðàäèåíòà
ðàâ íîâåñíîé òåìïåðàòóðû çíà÷åíèå wB V- çíà÷èòåëüíî áûñòðåå óìåíü -
øàåòñÿ ñ âûñîòîé) ðàñõîæäåíèå ìåæäó ÷àñòîòàìè Áðåíòà — Âÿéñÿëÿ
(ñ ó÷åòîì è áåç ó÷åòà òåìïåðàòóðíîãî ãðàäèåíòà) ñòàíîâèòñÿ ñóùåñò -
âåí íûì.
Îäíàêî â óñëîâèÿõ íåîäíîðîäíîé ñîëíå÷íîé àòìîñôåðû ïðî èñ õî -
äèò ðàçìûâàíèå âåðõíåé ãðàíèöû ÷àñòîò âîëí ãðàâèòàöèè. Äåéñòâè -
òåëü íî, â ñëîÿõ, ïðèìûêàþùèõ ê íà÷àëó îáëàñòè ïðîíèêàþùåé êîí -
âåê öèè (h » 100 êì [3]), íà÷èíàåò ïðîÿâëÿòüñÿ òåìïåðàòóðíàÿ èíâåð -
ñèÿ, âñëåäñòâèå ÷åãî òåìïåðàòóðíûé ãðàäèåíò ãðàíóë ñ èíâåðñèåé óâå -
ëè ÷èâàåòñÿ, à òåìïåðàòóðíûé ãðàäèåíò ìåæãðàíóë ñ èíâåðñèåé óìåíü -
øà åò ñÿ. Âñëåäñòâèå ýòîãî íà îäèíàêîâûõ âûñîòàõ ÷àñòîòà Áðåíòà —
Âÿéñÿëÿ â ãðàíóëàõ åùå áîëüøå óìåíüøàåòñÿ, òîãäà êàê â ìåæ ãðà íó -
ëàõ — óâåëè÷èâàåòñÿ. Ñîïîñòàâëåíèå ðèñ. 1, à è á ïîçâîëÿåò îöåíèòü
76
Ì. È. ÑÒÎÄÈËÊÀ
Ðèñ. 1. Ñïåêòðû ìîùíîñòè âàðèàöèé äàâëåíèÿ âûäåëåííûõ âîëí ãðàâèòàöèè: à — áåç çàãðàæ -
äåíèÿ ÷àñòîò, áîëüøèõ ÷àñòîòû Áðåíòà — Âÿéñÿëÿ, á — ñ çàãðàæäåíèåì ïîñëåäíèõ
âëèÿ íèå òàêîãî ðàçìûâàíèÿ ÷àñòîòû Áðåíòà — Âÿéñÿëÿ íà ðàñ ïðîñò ðà -
íå íèå âîëí ãðàâèòàöèè â óñëîâèÿõ ðåàëüíîé ôîòîñôåðû Ñîëíöà. Èòàê,
â ñëîÿõ h £ 0 êì ÷àñòîòà Áðåíòà — Âÿéñÿëÿ ïðàêòè÷åñêè ðàâíà íóëþ —
çäåñü íà âñåõ ÷àñòîòàõ âîëíû ãðàâèòàöèè áûñòðî çàòóõàþò. Íà âûñîòàõ
0 < h < 225 êì ó÷åò îãðàíè÷åíèÿ íà ÷àñòîòû g-ìîä îòñåêàåò ó÷àñòîê
ñïåêòðà n > 3 ìÃö (ðèñ. 1, á). À ñîãëàñíî ðèñ. 1, à â ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ
èç-çà ðàçìûâàíèÿ òåìïåðàòóðíîé ñòðóêòóðîé ÷àñòîòû Áðåíòà — Âÿé -
ñÿ ëÿ íà ÷àñòîòàõ, ãäå g-ìîäû íå äîëæíû ïðîÿâëÿòüñÿ (w ³ wB V- ), íà -
áëþ äàåòñÿ ïðîñà÷èâàíèå ìîùíîñòè g-ìîä.
Âûñîòíîå ðàñïðåäåëåíèå ñïåêòðà ìîùíîñòè ãðàâèòàöèîííûõ êî -
ëå áàíèé (ðèñ. 1, à) óêàçûâàåò íà òî, ÷òî âîëíû ãåíåðèðóþñÿ ó îñíî âà -
íèÿ îáëàñòè ïðîíèêàþùåé êîíâåêöèè, ïàêåòû âîëí ðàñïðîñò ðà íÿ þò -
ñÿ, ïîñòåïåííî çàòóõàÿ, â âåðõíèå ñëîè ñîëíå÷íîé àòìîñôåðû. Ïðîñò -
ðàíñò âåííî-âðåìåííûå âàðèàöèè òåðìîäèíàìè÷åñêèõ è êèíåìàòè -
÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ñîëíå÷íîé ãðàíóëÿöèè ïðåòåðïåâàþò ñ âûñîòîé ñó -
ùåñò âåííûå èçìåíåíèÿ. Òàê, â íà÷àëå îáëàñòè ïðîíèêàþùåé êîí âåê -
öèè (h » 100 êì) òåìïåðàòóðíûå âàðèàöèè äîñòèãàþò ìèíèìóìà, à ïî -
òîì ñíîâà óâåëè÷èâàþòñÿ [3]; â âåðõíèõ ñëîÿõ ôîòîñôåðû ïðî ÿâ ëÿ åò ñÿ
èíâåðñèÿ òåìïåðàòóðíûõ âàðèàöèé è âàðèàöèé ïëîòíîñòè [2, 13],
âñëåäñòâèå ÷åãî ïëàâó÷åñòü ãàçîâîãî âåùåñòâà ïðè ñâîåì âåðòè êàëü -
íîì äâèæåíèè ïðåòåðïåâàåò â ôîòîñôåðíûõ ñëîÿõ ðåçêèå èçìåíåíèÿ;
ïî ñëåäíèå ìîãóò âîçáóæäàòü âîëíû ãðàâèòàöèè. Ñîãëàñíî ïîëó÷åí -
íûì äàííûì (ðèñ. 1, à) íà ïåðâûõ 100 êì îò 125 äî 225 êì ìîùíîñòü
âàðèàöèé äàâëåíèÿ óìåíüøàåòñÿ ïðèìåðíî â äâà ðàçà, äàëåå îò 225 äî
525 êì — â ñðåäíåì â ïÿòü ðàç íà êàæäûå 100 êì.
Òàêèì îáðàçîì, ïðîéäÿ 400 êì, âîëíû ãðàâèòàöèè òåðÿþò á\ëü -
øóþ ÷àñòü ñâîåé ýíåðãèè — ìîùíîñòü âàðèàöèé äàâëåíèÿ óìåíüøà åò -
ñÿ ïðè ýòîì â 200—300 ðàç, à ïîñêîëüêó ýíåðãèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ñðåäíèì
êâàäðàòè÷åñêèì îòêëîíåíèåì äàâëåíèÿ, òî ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî îáúåì -
íàÿ ïëîòíîñòü ýíåðãèè ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè îò èñòî÷íèêîâ äî îáëàñòè
òåìïåðàòóðíîãî ìèíèìóìà óìåíüøàåòñÿ â 14—17 ðàç. Ïðàâäà, ÷òîáû
îöåíèòü ñàì ïîòîê ýíåðãèè â âåðõíèå ñëîè, òðåáóåòñÿ çíàòü ãðóïïîâóþ
ñêîðîñòü âîëí ãðàâèòàöèè.
Íà ðèñ. 2 ïîêàçàíà ñòðàòèôèêàöèÿ óñðåäíåííûõ (ïî ïðîñò ðàíñò -
âåí íîé è âðåìåííîé ÷àñòîòàõ) âàðèàöèé äàâëåíèÿ; ñîãëàñíî çàâèñè -
ìîñ òè ñðåäíÿÿ îáúåìíàÿ ïëîòíîñòü ýíåðãèè âîëí ãðàâèòàöèè íà ó÷àñò -
êå äëèíîé 400 êì (îò 125 äî 525 êì) óìåíüøàåòñÿ íà 1.2 ïîðÿäêà.
77
ÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÈ ÂÎÇÁÓÆÄÅÍÈß È ÐÀÑÏÐÎÑÒÐÀÍÅÍÈß ÂÎËÍ ÃÐÀÂÈÒÀÖÈÈ
Ðèñ. 2. Âûñîòíàÿ çàâèñèìîñòü óñðåäíåííûõ
âàðèàöèé äàâëåíèÿ (â îòí. åäèíèöàõ) äëÿ âîëí
ãðàâèòàöèè
Òàêèì îáðàçîì, ñïåêòðû ìîùíîñòè âàðèàöèé äàâëåíèÿ âîëí ïîç -
âî ëÿþò ëîêàëèçîâàòü èñòî÷íèêè âîëí ãðàâèòàöèè — ýòè èñòî÷íèêè íà -
õîäÿòñÿ â ïåðåõîäíîì ñëîå äî îáëàñòè ïðîíèêàþùåé êîíâåêöèè, ïî ëî -
ñà ÷àñòîò âîëí ãðàâèòàöèè äîñòàòî÷íî øèðîêàÿ; íî 90 % ñàìîé ìîù -
íîñ òè âîëí ãðàâèòàöèè ïðèïàäàåò íà èíòåðâàë ÷àñòîò 0—1.5 ìÃö.
Íàðÿäó ñ ëîêàëèçàöèåé èñòî÷íèêîâ âîëí, ñïåêòðû ìîùíîñòè ïî -
çâî ëÿþò îöåíèòü ïîãëîùåíèå ýíåðãèè, ïåðåíîñèìîé âîëíàìè ãðà âè -
òàöèè, íåîäíîðîäíîé ñðåäîé íà ðàçíûõ ÷àñòîòàõ. Äëÿ ýòîãî ïðîíîð ìè -
ðóåì âûñîòíóþ çàâèñèìîñòü ñïåêòðà ìîùíîñòè äëÿ êàæäîé ÷àñòîòû
íà åå ëîêàëüíûé ìàêñèìóì. Ïðè òàêîé íîðìèðîâêå êàê áóäòî áû îäè -
íà êîâàÿ ìîùíîñòü ãåíåðèðóåòñÿ íà êàæäîé ÷àñòîòå (ðèñ. 3, à), ÷òî
ïîçâîëÿåò îöåíèòü ïðîíèêíîâåíèå ïàêåòîâ âîëí ãðàâèòàöèè íà ðàçíûõ
÷àñòîòàõ â âåðõíèå ñëîè àòìîñôåðû.
Ñîãëàñíî ïîëó÷åííûì äàííûì (ðèñ. 3, à) ïðîíèêíîâåíèå ýíåðãèè
âîëí ãðàâèòàöèè â âåðõíèå ñëîè íåñêîëüêî âîçðàñòàåò ñ óâåëè÷åíèåì
÷àñ òîòû äî 3.3 ìÃö, ïðè ýòîì òðàåêòîðèè ëó÷åé âîëí ñòàíîâÿòñÿ âñå
áî ëåå íàêëîííûìè è ýíåðãèÿ ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ïî÷òè âåðòèêàëüíî, à
äàëåå — íåìíîãî óìåíüøàåòñÿ ñ ÷àñòîòîé; âîçìîæíî, òàêîå óìåíü øå -
íèå ñâÿçàíî ñ ðàçìûâàíèåì íåîäíîðîäíîé ñòðóêòóðîé ôîòîñôåðû ÷àñ -
òî òû Áðåíòà — Âÿéñÿëÿ.
Ãðàâèòàöèîííûå âîëíû ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ âäîëü êîíè÷åñêîé ïî -
âåðõ íîñòè, ñîñòàâëÿþùåé ñ îñüþ z óãîë q: w/wB V- = sinq, cosq = k z /k,
ãäå k — âîëíîâîé âåêòîð. À íàïðàâëåíèå ãðóïïîâîé ñêîðîñòè, îï ðå -
78
Ì. È. ÑÒÎÄÈËÊÀ
Ðèñ. 3. Âûñîòíûå çà âè ñè -
ìîñòè: à — ñïåêòðà ìîù -
íîñòè âàðèàöèé äàâ ëåíèÿ,
íîð ìè ðîâàííûõ íà ëî êàëü -
íûé ìàêñèìóì äëÿ êàæ äîé
÷àñòîòû, á — ñðåä íåãî
êâàä ðàòè÷íîãî çíà ÷åíèÿ
äàâ ëå íèÿ ñ êîð ðåêöèåé íà
÷àñòîòíóþ çà âè ñèìîñòü
óãëà ðàñ ïðî ñòðà íåíèÿ
âîëí ãðàâèòà öèè
äåëÿþùåé ïîòîê ýíåðãèè, ïåðïåíäèêóëÿðíî ê ïîâåðõíîñòè ýòîãî êî -
íóñà. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè óìåíüøåíèè ÷àñòîòû òðàåêòîðèè ëó÷åé
âîëí ãðàâèòàöèè îòêëîíÿþòñÿ â ñòîðîíó âåðòèêàëè (â âåðòèêàëüíîì
íà ïðàâëåíèè ëó÷è âîëí ãðàâèòàöèè íå ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ), à ýíåðãèÿ
âîëí ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ïî âñå áîëåå íàêëîííûì ëèíèÿì, âñëåäñòâèå
÷å ãî óâåëè÷èâàåòñÿ äëèíà ïóòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíîâîãî ïàêåòà
(DS = Dh/sinq).  ñëó ÷àå ýêñïîíåíöèàëüíîãî çàêîíà ïîãëîùåíèÿ ýíåð -
ãèè âîëí ìîùíîñ òü P ðàâíà P S( )D /P0 = P h(D /sin )q /P0 » (P h(D )/P0 )cosecq
(çäåñü P0 — ìîùíîñòü èñòî÷íèêà), ÷òî ïîçâîëÿåò ïîëó ÷èòü îöåíêó îò -
íîñèòåëüíîãî óìåíüøåíèÿ íà îäèíàêîâûõ ó÷àñòêàõ îáúåì íîé ïëîò -
íîñ òè ýíåðãèè, ïåðåíîñèìîé â âåðõíèå ñëîè âîëíàìè ãðà âèòàöèè:
Dprms= P . Âûñîò íàÿ çàâèñèìîñòü âàðèàöèé äàâëåíèÿ ñ êîð ðåêöèåé íà
÷àñòîòíóþ çàâè ñèìîñòü óãëà ðàñïðîñòðàíåíèÿ (ðèñ. 3, á) ïîëó÷åíà ïó -
òåì ñîîòâåò ñòâóþùåãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ìîù íîñòè âàðèàöèé äàâëåíèÿ,
íîðìè ðî âàííûõ íà ëîêàëüíûé ìàêñèìóì (ðèñ. 3, à) è äàåò êà÷åñò âåí -
íîå ïðåä ñòàâëåíèå î ïîãëîùåíèè ôî òî ñôåðíûìè ñëîÿìè âîëí ãðàâè -
òàöèè âäîëü íàïðàâëåíèÿ ïåðåíîñà ýíåð ãèè â âåðõíèå ñëîè â çàâèñè -
ìîñòè îò ðàññòîÿíèÿ S îò èñòî÷íèêà. Èòàê, ïðè óìåíüøåíèè ÷àñòîòû
ïîãëîùå íèå ýíåðãèè âîëí ãðàâèòàöèè ôîòî ñôåðíûìè ñëîÿìè óìåíü -
øà åòñÿ; ìû íå óòâåðæäàåì, ÷òî ïîãëîùåíèå ýíåð ãèè ïðè óìåíüøåíèè
÷àñòîòû ñó ùåñòâåííî óìåíüøàåòñÿ, ïî ñêîëü êó äëÿ îöåíêè óãëîâ ðàñ -
ïðîñòðà íå íèÿ âîëí ãðàâèòàöèè íà ðàç íûõ ÷àñòîòàõ áûëî èñïîëüçîâàíî
ñîîò âåò ñòâóþùåå ñîîòíîøåíèå äëÿ îä íîðîäíîé àòìîñôåðû.
ÂÛÂÎÄÛ
Ïî äàííûì íàáëþäåíèé ñîëíå÷íîé ãðàíóëÿöèè ñ âûñîêèì ïðîñò ðàí -
ñò âåííûì ðàçðåøåíèåì ìû ïîëó÷èëè ñåòêó ìîäåëåé ôîòîñôåðû Ñîëí -
öà è âûäåëèëè âíóòðåííèå âîëíû ãðàâèòàöèè.
Èññëåäóÿ ñïåêòðû ìîùíîñòè âîëí ãðàâèòàöèè, ìû âûÿâèëè ñëåäó -
þùèå èíòåãðàëüíûå îñîáåííîñòè âîçáóæäåíèÿ è ðàñïðîñòðàíåíèÿ
g-ìîä â óñëîâèÿõ ðåàëüíîé ôîòîñôåðû Ñîëíöà:
— ëîêàëüíûå âíóòðåííèå âîëíû ãðàâèòàöèè âîçáóæäàþòñÿ äèíà -
ìè ÷åñêèìè ïðîöåññàìè ó íà÷àëà îáëàñòè ïðîíèêàþùåé êîíâåêöèè,
— òåìïåðàòóðíàÿ ñòðóêòóðà ñîëíå÷íîé ãðàíóëÿöèè ðàçìûâàåò
ñòðà òèôèêàöèþ ÷àñòîòû Áðýíòà — Âÿéñÿëÿ — âåðõíåé ãðàíè÷íîé ÷àñ -
òî òû äëÿ g-ìîä, âñëåäñòâèå ÷åãî îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðîñà÷èâàíèå ìîù -
íîñ òè âîëí ãðàâèòàöèè â îáëàñòü ÷àñòîò w > wB V- ,
— èñòî÷íèêè âîëí ãðàâèòàöèè «ðàáîòàþò» â íèçêî÷àñòîòíîé îá -
ëàñ òè,
— äëÿ âîëí ãðàâèòàöèè ïðîÿâëÿåòñÿ ñëàáàÿ ÷àñòîòíàÿ çàâèñèìîñòü
ïðî íèêíîâåíèÿ èõ ýíåðãèè â âåðõíèå ñëîè — íåçíà÷èòåëüíîå óâåëè ÷å -
íèå ïðîíèêíîâåíèÿ ñ óâåëè÷åíèåì ÷àñòîòû äî 3.3 ìÃö,
— ïîãëîùåíèå ýíåðãèè âîëí ãðàâèòàöèè ôîòîñôåðíûìè ñëîÿìè â
íèç êî ÷àñòîòíîé îáëàñòè óìåíüøåíî.
79
ÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÈ ÂÎÇÁÓÆÄÅÍÈß È ÐÀÑÏÐÎÑÒÐÀÍÅÍÈß ÂÎËÍ ÃÐÀÂÈÒÀÖÈÈ
Ïîýòîìó âîëíû ãðàâèòàöèè èìåííî ñðåäíèõ è íèçêèõ ÷àñòîò (n <
< 3.3 ìÃö), âîçáóæäàåìûå ôîòîñôåðíîé êîíâåêöèåé ó íà÷àëà îáëàñòè
ïðî íèêàþùåé êîíâåêöèè, îñóùåñòâëÿþò ïåðåíîñ ìåõàíè÷åñêîé ýíåð -
ãèè â âåðõíèå ñëîè ñîëíå÷íîé ôîòîñôåðû.
1. Äóáîâ Ý. Å. Êîëåáàíèÿ è âîëíû â àòìîñôåðå Ñîëíöà // Èòîãè íàóêè è òåõíèêè /
ÂÈÍÈÒÈ. Àñòðîíîìèÿ.—1978.—14.—Ñ. 148—266.
2. Ñòîäèëêà Ì. È., Áàðàí Î. À., Ìàëèíè÷ Ñ. Ç. Îñîáåííîñòè êîíâåêöèè â ôîòîñôåðå
Ñîëíöà // Êèíåìàòèêà è ôèçèêà íåáåñ. òåë.—2006.—22, ¹ 3.—Ñ. 173—182.
3. Ñòîä³ëêà Ì. ². Òåìïåðàòóðíà ñòðóêòóðà ðåàëüíî¿ ñîíÿ÷íî¿ ãðàíóëÿö³¿ // Êèíå -
ìàòèêà è ôèçèêà íåáåñ. òåë.—2003.—19, ¹ 5.—Ñ. 407—416.
4. Ñòîä³ëêà Ì. ². ijàãíîñòèêà âíóòð³øí³õ ãðàâ³òàö³éíèõ õâèëü ó ôîòîñôåð³ Ñîíöÿ //
Êèíåìàòèêà è ôèçèêà íåáåñ. òåë.—2005.—21, ¹ 3.—Ñ. 197—208.
5. Dintrans B., Brandenburg À., Nordlund À., Stein R. F. Sto chas tic åõcitation of grav ity
waves by over shoot ing con vec tion in so lar-type stars // Astrophys. and Space Sci.—
2003.—284, N 1.—P. 237—240.
6. Dintrans B., Brandenburg À., Nordlund À., Stein R. F. Spec trum and am pli tudes of in -
ter nal grav ity waves ex cited by pen e tra tive con vec tion in so lar-type stars // Astron.
and Astrophys.—2005.—438, N 1.—P. 365—376.
7. Huang K., Zhang S., Yi F. Non lin ear in ter ac tion of at mo spheric grav ity waves // Fall
Meet ing 2010. — Amer i can Geo phys i cal Un ion, 2010. — Ab stract N SA11A-1556.
8. Kostyk R. I., Shchukina N. G., Khomenko E. V. Fine struc ture of wave mo tions in the so -
lar photosphere: Ob ser va tions and the ory // AstrRep.—2006.—50, N 7.— P. 588—
600.
9. Mihalas B. W., Toomre J. In ter nal grav ity waves in the so lar at mo sphere. I. Adi a batic
waves in the chro mo sphere // Astrophys. J.—1981.—249, N 1.—P. 349—371.
10. Mihalas B. W., Toomre J. In ter nal grav ity waves in the so lar at mo sphere. II. Ef fects of
ra di a tive damp ing // Astrophys. J.—1982.—263, N 1.—P. 386—408.
11. Pinter B. Mod el ling so lar at mo spheric grav ity os cil la tion modes // Astron.
Nachr.—2008.—329, N 5.—P. 503—507.
12. Priest E. R. So lar magnetohydrodynamics // Geophys. Astrophys. Monogr. — Dord -
recht: Reidel, 1982.—21.—488 p.
13. Puschmann K., Ruiz Cobo B., Vazquez M., et al. Time se ries of high res o lu tion photo -
spheric spec tra in a quiet re gion of the Sun. II. Anal y sis of the vari a tion of phys i cal
quan ti ties of gran u lar struc tures // Astron. and Astrophys.—2005.—441, N 3.—
P. 1157—1169.
14. Rog ers T. M., Glatzmaier G. A. Grav ity waves in the Sun // Mon. Notic. Roy. Astron.
Soc.—2005.—364, N 4.—P. 1135—1146.
15. Schmieder B. Lin ear hydrodynamical equa tions cou pled with ra di a tive trans fer in à
non-iso ther mal at mo sphere. I. Method // So lar Phys.—1977.—54.—P. 269—288.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 21.06.11
80
Ì. È. ÑÒÎÄÈËÊÀ
|