Как показывают многочисленные эксперименты, выполненные на борту космических аппаратов, ударные волны, возникающие в результате солнечных вспышек, при обтекании солнечным ветром планетных магнитосфер, а также при взаимодействии солнечного ветра с межзвездной средой (см. Рис.1) производят интенсивные потоки сверхтепловых частиц (ионов), энергия которых значительно превосходит тепловую энергию частиц плазмы.

Открытие процесса регулярного ускорения (Крымский, 1977, Доклады АН СССР, 234, 1306) сделало возможным понять природу этих явлений и детально их описать. Для этой цели в ИКФИА разработана самосогласованная нелинейная теория ускорения частиц ударными волнами в гелиосфере, последовательно учитывающая основные физические факторы, влияющие на протекание процесса ускорения: геометрию системы и ее временную эволюцию, генерацию альвеновских волн ускоренными частицами. Реализация теории потребовала разработки сложного

численного алгоритма, аналоги которого в настоящее время отсутствуют. Выполненные на основе этой теории расчеты хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными (см. Рис. 2, 3 для случая околоземной и межпланетной ударной волны, соответственно). Выяснение природы солнечных космических лучей (СКЛ) – интенсивных потоковзаряженных частиц, возникающих во время спорадических событий на Солнце, является актуальной проблемой физики Солнца и солнечно-земной физики. Имеются указания, что так называемые «постепенные» возрастания потоков СКЛ генерируются в солнечной короне на фронтах ударных волн, порождаемых корональными выбросами вещества. Применение разработанной в ИКФИА теории к этому случаю позволило достичь хорошего согласия теоретических предсказаний с экспериментом (см. Рис. 4).

Аномальные космические лучи (АКЛ), или точнее – аномальная компонента космических лучей, существование которых было установлено в начале 1970-х годов, получили свое название благодаря необычной форме их энергетического спектра в области энергий ε = 1-100 МэВ/нуклон, кардинально отличающейся от спектра галактических космических лучей. Согласно общепринятой на сегодня точке зрения аномальные космические лучи это результат ускорения захваченных солнечным ветром ионизованных атомов локальной межзвездной среды на гелиосферной ударной волне, ограничивающей область сверхзвукового потока солнечного ветра (см. Рис.1). Высокое энергосодержание АКЛ приводит к тому, что они становятся важным динамическим фактором, существенно влияющим на структуру ударного фронта.

В ИКФИА разработана нелинейная теория ускорения АКЛ, последовательно учитывающая обратное влияние ускоренных АКЛ на структуру и положение гелиосферной ударной волны (Бережко, Ксенофонтов 2005, Письма в Астроном. ж., 31, 1). Выполненные на ее основе расчеты показали, что процесс ускорения АКЛ и свойства ударной волны чувствительны к темпу инжекции захваченных ионов в процессе ускорения (Рис. 5). Согласно теоретическим расчетам ожидаемым значениям темпа инжекции η ~ 10-2 и концентрации солнечного ветра (у орбиты Земли) n0 = 5 – 7 см-3 соответствует размер (радиус) гелиосферной ударной волны Rs = 82 – 96 а.е., что хорошо согласуется с имеющимися результатами измерений, выполненных космическим аппаратом Voyager-1 (см. Рис.5).