Солнечные космические лучи (СКЛ) представляют собой поток заряженных частиц, ускоренных в процессе различных явлений солнечной активности. В их состав входят в первую очередь протоны (около 90%), альфа-частицы (около 8%), а также более тяжёлые ядра и электроны. Их энергия варьируется в широких пределах: от десятков кэВ до нескольких сотен МэВ, а в редких случаях — до нескольких ГэВ.
В отличие от галактических космических лучей, СКЛ обладают меньшей средней энергией, однако их значение для физики космического пространства и планетарной науки огромно. Они определяют радиационные условия в околоземной среде, влияют на работу космических аппаратов и здоровье астронавтов.
Основные источники солнечных космических лучей связаны с активными процессами на Солнце:
Солнечные вспышки. В ходе вспышек в короне происходит ускорение частиц до высоких энергий благодаря процессам магнитной реконнекции. В этих условиях сильные электрические поля и магнитные конфигурации эффективно придают энергиям протонов и электронов сотни МэВ.
Корона́льные выбросы массы (CME). Распространение ударных волн, сопровождающих CME, является одним из важнейших механизмов ускорения частиц. Эти ударные волны действуют подобно астрофизическим ускорителям первого порядка (по механизму Ферми), придавая частицам дополнительную энергию.
Фоновая активность солнечной короны. Даже в отсутствие крупных вспышек и выбросов солнечная атмосфера является источником относительно малых потоков ускоренных частиц.
Солнечные космические лучи имеют переменный характер, тесно связанный с 11-летним циклом солнечной активности. В годы максимума наблюдается большее число вспышек и CME, что ведёт к частым и интенсивным потокам СКЛ. В годы минимума такие явления редки, и общий уровень радиационной нагрузки снижен.
Особое значение имеют события, называемые солнечными протонными событиями (СПС). Они сопровождаются резким возрастанием концентрации протонов высоких энергий в межпланетной среде. СПС могут продолжаться от нескольких часов до нескольких суток, их интенсивность колеблется в широких пределах, а скорость нарастания потоков достигает минутных масштабов.
Частицы СКЛ распространяются вдоль силовых линий межпланетного магнитного поля, образованного солнечным ветром. Их траектории сильно зависят от конфигурации этого поля, турбулентности плазмы и наличия ударных волн. Вблизи Земли процессы переноса частиц осложняются магнитосферными эффектами, которые частично экранируют потоки.
Значительная часть солнечных частиц теряет энергию или рассеивается в межпланетной среде. Тем не менее, наиболее энергичные протоны способны достигать земной атмосферы, вызывая каскадные процессы и вторичное излучение.
СКЛ оказывают непосредственное воздействие на околоземное пространство и технологии:
Солнечная активность носит квазипериодический характер с циклом около 11 лет. В фазе максимума увеличивается количество вспышек и корональных выбросов массы, а вместе с ними возрастает вероятность мощных СКЛ. В минимуме цикла Солнце спокойнее, что приводит к снижению интенсивности потоков.
Интересно, что солнечные космические лучи находятся в сложной корреляции с галактическими: во время активного Солнца поток ГКЛ, проникающий в Солнечную систему, уменьшается из-за усиленной модуляции межпланетным магнитным полем, в то время как поток СКЛ возрастает.
Для изучения солнечных космических лучей применяются как космические, так и наземные методы:
Солнечные космические лучи — важнейший фактор космической погоды. Их внезапное усиление может привести к сбоям в навигационных системах, угрозам для экипажей космических аппаратов и спутниковой инфраструктуры. Поэтому современная астрофизика и гелиофизика уделяют особое внимание моделированию ускорения, переноса и распространения СКЛ.