Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн
Рассмотрены две мощные солнечные вспышки рентгеновского класса M8.2 и M6.1, наблюдавшиеся 10.04.2002 г. и 12.09.2005 г. в период максимума и минимума солнечной активности. Проведено исследование динамического спектра излучения вспышек в 3-мм диапазоне, зарегистрированных на радиотелескопе РТ-2. На о...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Радіоастрономічний інститут НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8379 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн / А.В. Антонов, Ю.М. Герасимов, Ю.В. Карелин // Радиофизика и радиоастрономия. — 2008. — Т. 13, № 1. — С. 15-25. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859703348472578048 |
|---|---|
| author | Антонов, А.В. Герасимов, Ю.М. Карелин, Ю.В. |
| author_facet | Антонов, А.В. Герасимов, Ю.М. Карелин, Ю.В. |
| citation_txt | Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн / А.В. Антонов, Ю.М. Герасимов, Ю.В. Карелин // Радиофизика и радиоастрономия. — 2008. — Т. 13, № 1. — С. 15-25. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Рассмотрены две мощные солнечные вспышки рентгеновского класса M8.2 и M6.1, наблюдавшиеся 10.04.2002 г. и 12.09.2005 г. в период максимума и минимума солнечной активности. Проведено исследование динамического спектра излучения вспышек в 3-мм диапазоне, зарегистрированных на радиотелескопе РТ-2. На основании обнаруженных в изображениях вспышечной области в линии 195 Å изгибных колебаний магнитных трубок и данных динамического спектра оценены параметры вспышечной плазмы. Оценены геометрические размеры элементарных магнитных трубок и их численность в аркаде для вспышки класса M8.2.
Розглянуто два потужні сонячні спалахи рентгенівського класу M8.2 і M6.1, спостережені 10.04.2002 р. і 12.09.2005 р. в період максимуму та мінімуму сонячної активності. Досліджено динамічні спектри випромінювання спалахів у 3-мм діапазоні, зареєстрованих на радіотелескопі РТ-2. На підставі виявлених у зображеннях області спалаху в лінії 195 Å згинальних коливань магнітних трубок і даних динамічного спектру оцінено параметри плазми у області спалаху. Оцінено геометричні розміри елементарних магнітних трубок і їхню чисельність в аркаді для спалаху класу M8.2.
Two powerful solar flares of x-ray class M8.2 from 10.04.2002 and M6.1 from 12.09.2005 recorded, accordingly, during maximum and minimum solar activity. The dynamic spectrum of radiation of 3-mm wavelength flares recorded with the RT-2 radio telescope has been studied. The flexural vibrations of magnetic tubes found in the images of a flare region in the line 195 Å and the dynamic spectrum data have allowed estimation of the parameters of plasma of the flare region. The geometrical dimension of the elementary magnetic tubes and their number in an arcade for a flare of class M8.2 are estimated too.
|
| first_indexed | 2025-12-01T01:48:02Z |
| format | Article |
| fulltext |
Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1, с. 15-25
© А. В. Антонов, Ю. М. Герасимов, Ю. В. Карелин, 2008
УДК 523.08
Исследование параметров солнечных вспышек
в трехмиллиметровом диапазоне волн
А. В. Антонов, Ю. М. Герасимов, Ю. В. Карелин
Радиоастрономический институт НАН Украины,
ул. Краснознаменная, 4, г. Харьков, 61002, Украина
E-mail: gerasim@rian.kharkov.ua
Статья поступила в редакцию 3 июля 2007 г.
Рассмотрены две мощные солнечные вспышки рентгеновского класса M8.2 и M6.1, наблюдав-
шиеся 10.04.2002 г. и 12.09.2005 г. в период максимума и минимума солнечной активности. Про-
ведено исследование динамического спектра излучения вспышек в 3-мм диапазоне, зарегистриро-
ванных на радиотелескопе РТ-2. На основании обнаруженных в изображениях вспышечной обла-
сти в линии 195 Å изгибных колебаний магнитных трубок и данных динамического спектра оце-
нены параметры вспышечной плазмы. Оценены геометрические размеры элементарных магнит-
ных трубок и их численность в аркаде для вспышки класса M8.2.
Введение
Радиоастрономические исследования сол-
нечных вспышек позволяют получать важ-
ную информацию о физических процессах
в активных областях, которые приводят к
взрывному характеру энерговыделения. Ос-
новными структурными элементами этих об-
ластей являются корональные магнитные
петли, в которых происходит преобразование
выделяющейся энергии и генерация мощного
электромагнитного излучения. Анализ осцил-
ляций этого излучения позволяет оценить фи-
зические условия в корональных магнитных
петлях во время солнечных вспышек [1]. Па-
раметры осцилляций, такие, как глубина мо-
дуляции, период повторения пульсаций и их дек-
ремент затухания, зависят от пространствен-
ных параметров вспышечной области, ее тем-
пературы, концентрации плазмы, величины
магнитного поля, отношения газового и маг-
нитного давлений. Исследования этой связи
и разработка методики диагностики вспышеч-
ной плазмы по данным излучения в рентгено-
вском диапазоне [2] были развиты для при-
менения в микроволновом диапазоне [3-7]
с привлечением различных механизмов излу-
чения. При этом необходимые для диагнос-
тики пространственные параметры вспышеч-
ной области оценивались по ее виду в рент-
геновском диапазоне излучения. Однако для
повышения точности оценки параметров
плазмы и детального анализа вспышечных
процессов необходимо привлекать изображе-
ния с более высоким угловым разрешением,
чем это достижимо в рентгеновском диапа-
зоне. В настоящее время наибольшее угловое
разрешение порядка 1.25′′ имеют изображе-
ния активных областей в линии излучения иони-
зированных химических элементов, получае-
мые ультрафиолетовыми телескопами спутника
TRACE.
Важную дополнительную информацию о
корональных магнитных петлях и о параметрах
вспышечной плазмы можно получить из наблю-
дений в миллиметровом диапазоне волн [8].
Целью настоящей работы является развитие
методики диагностики параметров вспышеч-
ной плазмы и анализ солнечных вспышек, за-
регистрированных радиотелескопом РТ-2 [9]
в 3-мм диапазоне волн.
А. В. Антонов, Ю. М. Герасимов, Ю. В. Карелин
16 Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1
Основные соотношения
в диагностике вспышечной плазмы
Наблюдаемая в мм диапазоне плотность
потока Sν гиросинхротронного излучения оп-
тически тонкого источника на частоте ν свя-
зана с его объемом V, расстоянием до ис-
точника R и коэффициентом излучения νη
следующим образом:
2.S VR−
ν ν= η (1)
Значения коэффициентов излучения для гиро-
синхротронного механизма излучения на ос-
новании расчетов, выполненных в [10], были
экстраполированы нами в область более вы-
соких частот, и для отношения частоты излу-
чения ν и гиросинхротронной частоты Bν
20 200Bv≤ ν ≤ получена формула аппрокси-
мации ,BNνη которая имеет следующий вид:
20 0.832.62 10 10− − δ
νη = ⋅ ⋅ ×
0.6 0.7
0.43 0.65(sin ) .
B
BN
− δ
− + δ ⎛ ⎞ν× θ ⎜ ⎟ν⎝ ⎠
(2)
Здесь δ – спектральный индекс распределе-
ния нетепловых электронов по энергиям; θ –
угол между вектором магнитного поля и лу-
чом зрения; B – магнитная индукция, Тл; N –
концентрация нетепловых электронов, м–3.
В соответствии с (2) имеем следующую зави-
симость:
1 ,N Bα −α
νη ∼ ν (3)
где 0.6 0.7 .α = − δ Учитывая вмороженность
магнитного поля в проводящую плазму, когда
,V B∼1 из (3) в соответствии с (1) получим:
.S N Bα −α
ν ∼ ν (4)
Согласно [7] во время вспышки в режиме
умеренной диффузии концентрация ускоренных
электронов практически не меняется. Поэтому
выражение (4) определяет зависимость вари-
аций плотности потока гиросинхротронного из-
лучения от вариаций магнитного поля. Модуля-
цию плотности потока излучения M определим
как min
max
1 ,SM
S
ν
ν
= − где minSν и maxSν соответ-
ственно минимальная и максимальная регист-
рируемая плотность потока. Тогда, учитывая
связь плотности потока излучения с магнит-
ным полем (4), получим:
1 ,B BM
B B
−α− Δ⎛ ⎞= − ⎜ ⎟+ Δ⎝ ⎠
(5)
где BΔ – амплитуда флуктуаций магнитного
поля. Для случая малых флуктуаций, когда
1,B BΔ из выражения (5) получим:
2 .BM
B
Δ= α (6)
Состояние плазмы в магнитной трубке
характеризуется плазменным параметром β,
равным отношению газового и магнитного
давлений:
22 ( 0.9 ) ,B e e pk N T T B−β = μ +
где 74 10−μ = π⋅ – магнитная проницаемость
среды, Гн·м–1; Bk – постоянная Больцмана; eN –
количество электронов в единице объема, м–3;
eT и pT – температура электронов и протонов
соответственно [11, 12]. В импульсной фазе сол-
нечной вспышки e pT T в течение времени
выравнивания температур порядка 1 .p
b
e ei
m
m
τ ≤
ν
Здесь pm и em – масса протона и электрона
соответственно, а eiν – эффективная частота
соударений этих частиц. Во вспышечной об-
ласти, для которой 710eT ≈ К и 1610eN ≈ м–3,
эффективная частота соударений равна:
5
3 26.45 10 ,e
ei
N
T
−ν ≈ ⋅ (7)
Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн
17Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1
и значение bτ может составлять величину по-
рядка нескольких минут. Согласно [2, 6] в этом
интервале времени увеличение электронного
давления приводит к изменению магнитного поля
на величину BΔ и плазменный параметр β при-
нимает следующее значение:
22 2 .B e e
Bk N T B
B
− Δβ = μ ≈ (8)
Оценка (8) с учетом (6) позволяет определить
значение плазменного параметра β по глубине
модуляции интенсивности излучения вспышеч-
ной области и оценочному значению спект-
рального индекса δ, характерного для рентге-
новского класса наблюдаемой вспышки [13]:
.Mβ =
α
(9)
Для случая резонанса МГД колебаний в
магнитных трубках и возникновения стоячих
изгибных колебаний свяжем пространственный
период pl изгибных колебаний с плазменными
параметрами. Эти колебания видны на перифе-
рии вспышечной области в линии 195 Å, где
они контрастируют с более холодной окружаю-
щей средой. Частота изгибных колебаний ω
определяется альвеновской скоростью AV и
плотностью плазмы внутри и вне магнитной
трубки. Поскольку плотность плазмы внутри
трубки существенно превышает ее внешнее
значение, изгибные колебания близки к резо-
нансным колебаниям альвеновской волны внут-
ри магнитной трубки.
Скорость альвеновской волны AV связана
с параметрами плазмы солнечной атмосферы
следующим образом [11]:
0.5( 1.9 ) ,A p eV B m N −= μμ ⋅ (10)
где 0.6μ ≈ – средняя масса на частицу в еди-
ницах .pm
Вместе с тем альвеновская скорость неза-
висимо измеряется по пространственному перио-
ду изгибных колебаний стоячей волны pl и вре-
менному периоду t, определяемому по дина-
мическому спектру пульсаций излучения:
2 .p
A
l
V
t
= (11)
Заметим, что измерение pl необходимо вы-
полнять с учетом проекции магнитной петли
на диск Солнца.
Формулы (8), (10) и (11) позволяют опреде-
лить температуру eT T= вспышечной области:
2
,pl
T C
t
⎛ ⎞
= β⎜ ⎟
⎝ ⎠
(12)
где 1 42 1.9 2.76 10 .p BC m k − −= ⋅ μ = ⋅
Продольные МГД волны, модулирующие
плотность потока излучения при распростра-
нении в магнитной трубке, испытывают зату-
хание вследствие джоулевой диссипации, элек-
тронной теплопроводности, ионной вязкости
и радиационного излучения. Расчеты показы-
вают, что затухание продольных колебаний
в магнитной трубке при типичных параметрах
вспышечной плазмы определяется в основном
электронной теплопроводностью [6]. Декре-
мент этого затухания mδ зависит от парамет-
ров плазмы и угла θ между волновым векто-
ром и направлением магнитного поля следую-
щим образом [14, 15]:
2
2 2 21 sin cos .
3
p
m
e ei
m
m
ωδ = β θ θ
ν
(13)
С учетом (7) выражение (13) преобразует-
ся к виду:
3 2 2 1 1.5 21.29 10 sin 2 .p
m e
e
m
N T
m
− −δ ≈ ⋅ ω β θ (14)
Вместе с тем декремент затухания mδ опре-
деляется независимо по добротности Q и час-
А. В. Антонов, Ю. М. Герасимов, Ю. В. Карелин
18 Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1
тоте пульсаций ω потока излучения, равной час-
тоте резонансных МГД колебаний:
.m Q
ωδ = (15)
Добротность резонатора при импульсном воз-
буждении измеряется по длительности коле-
баний τ на уровне 1 e от максимального зна-
чения и периоду колебаний пульсаций 2t = π ω
следующим образом:
.Q
t
τ= π (16)
Из (15) с учетом (16) получим следующую
связь mδ с длительностью пульсаций излу-
чения:
2 .mδ =
τ
(17)
Электронную концентрацию плазмы опре-
делим из выражения (14) с учетом (12) и (17):
3
3.5 2
5 sin 2 ,p
e
l
N F
t
= β τ θ (18)
где
1.5
3 2 21.9
7.3 10 2.15 10 .p p
e B
m m
F
m k
μ⎛ ⎞ ⎛ ⎞
= ⋅ π = ⋅⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝ ⎠
Выражение для определения магнитного
поля получим из (10) с учетом (11) и (18):
2.5
1.75 0.5
3.5 sin 2 ,plB G
t
= β τ θ (19)
где
0.51.5
2 1.9
5.35 10 1.9 p p
p
e B
m m
G m
m k
⎛ ⎞μ⎛ ⎞⎜ ⎟= ⋅ μμ =⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠151.43 10 .−= ⋅
Помимо продольных колебаний, в магнит-
ной трубке могут существовать более высо-
кочастотные поперечные МГД колебания,
образующие стоячие волны с периодом .rt
Они также модулируют плотность потока ги-
росинхротронного излучения, что позволяет
измерить их период. Разрешающая способ-
ность спутниковых УФ телескопов не позво-
ляет выделить пространственную структу-
ру таких колебаний. Оценить малый радиус
магнитных трубок можно по температуре
плазмы T, полученной при исследовании про-
дольных колебаний по измеренным значени-
ям периода основной моды колебаний .rt Ис-
пользуя формулы для поперечных колеба-
ний в магнитных трубках [6], можно опреде-
лить их малый радиус r:
0.5
3 6 102.02 10 .rr t T⎛ ⎞+ β= ⋅ ⎜ ⎟β⎝ ⎠
(20)
Оценка линейного размера D вспышечной обла-
сти вдоль нейтральной линии определяет коли-
чество элементарных трубок n в их аркаде:
.
2
Dn
r
=
Анализ параметров больших вспышек
рентгеновского класса M
На радиотелескопе РТ-2 [9], работающем
на длине волны 3.4 мм с диаграммой направ-
ленности (ДН) шириной 7.5 угловых минут в раз-
личные периоды солнечной активности были за-
регистрированы две большие солнечные вспыш-
ки. Первая импульсная вспышка класса M8.2
была зарегистрирована в период высокой солнеч-
ной активности в активной области NOAA9893
10.04.2002 г. с началом в 12:27:30 UT. Вторая
вспышка класса M6.1 была зафиксирована в
период минимума солнечной активности в ак-
тивной области NOAA0808 12.09.2005 г. с на-
чалом в 08:44 UT. Запись изменения плотности
потока излучения во время вспышки M8.2
Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн
19Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1
в относительных единицах в течение первых
64 мин относительно времени 12:23 UT приве-
дена на рис. 1. Наблюдения вспышки выполня-
лись в условиях периодического появления ат-
мосферной облачности. Это приводило к крат-
ковременным падениям регистрируемой интен-
сивности излучения в моменты времени, соот-
ветствующие 10, 22, 26 и 58 минутам записи.
Условия возникновения вспышки класса
M8.2 были проанализированы по данным маг-
нитограмм этого дня для времени 04:48 UT и
12:48 UT, которые приведены на рис. 2, а и 2, б.
Динамика структуры фотосферных магнитных
полей активной области NOAA9893 в этот
период характеризуется таким процессом вих-
ревого движения фотосферной плазмы с вмо-
роженным магнитным полем, который обыч-
но приводит к возникновению солнечных
вспышек [16]. В результате вихревого дви-
жения плазмы нейтральная линия между
сильными разнополярными магнитными по-
лями приобрела сигмоидный вид, характерный
для топологии магнитного поля перед боль-
шими вспышками. Основания расположенных
над ней аркады магнитных трубок сближались
со скоростями порядка 100 м/с. Это сближе-
ние привело к накоплению избыточного маг-
нитного поля и импульсному пересоединению
магнитных силовых линий в плазменном
высокотемпературном слое, расположенном
вдоль вершин аркады магнитных трубок, и к
возникновению мощной компактной вспышки.
Центр этой вспышки, определенный по ее изоб-
ражению в линии 195 Å, полученному УФ те-
лескопом TRACE, показанный на рис. 2, б
стрелкой, расположен над нейтральной линией.
Изображение вспышечной области достаточ-
но стабильно в течение длительного времени и
по имеющимся данным в 12:36 UT и 12:48 UT
практически совпадают. Для измерения струк-
турных параметров вспышечной области,
представленной на рис. 3, а, было проведено
оконтуривание интенсивности ее излучения.
Полученное изображение активной области
показано на рис. 3, б. Здесь центральный кон-
тур соответствует размеру вспышечной об-
ласти 0.7 1.1 .′ ′× Боковые грани этой области
практически параллельны аркаде вспыхнув-
ших магнитных трубок и имеют волнообраз-
ную структуру, связанную с изгибными коле-
баниями магнитных трубок за счет распрост-
ранения и резонанса в них МГД волн, близких
по скорости к альвеновским волнам. Колеба-
ния левой границы менее выражены и имеют
почти в 2 раза более короткий пространствен-
ный период в сравнении с колебаниями правой
границы. Это вероятно связано с возбуждени-
ем в магнитных трубках этой области более
высоких мод собственных колебаний. Анализ
параметров колебаний правой боковой грани-
цы вспышечной области проведен с учетом
того, что наблюдаемое изображение является
Рис. 1. Интенсивность излучения в относительных
единицах вспышки M8.2, зарегистрированной
10.04.2002 г. Начало записи в 12:23 UT
Рис. 2. Магнитограммы области NOAA9893
10.04.2002 г.: а) – для 04:48 UT; б) – для 12:48 UT.
Стрелка – центр вспышки
А. В. Антонов, Ю. М. Герасимов, Ю. В. Карелин
20 Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1
проекцией на солнечный диск процессов, про-
исходящих на его сферической поверхности.
Центр вспышечной области лежит выше цент-
ра солнечного диска на 7.1′ и левее централь-
ного меридиана на 19 .′′ С учетом этих коор-
динат получено, что длина волны основной
моды МГД колебаний магнитной трубки равна
72.1 10pl ≈ ⋅ м.
В импульсной фазе вспышки наблюдается
достаточно глубокая модуляция излучения.
Поскольку яркостная температура вспышечной
области на несколько порядков превышает ее
температуру в предвспышечном состоянии, глу-
бину модуляции можно измерять относительно
исходного уровня активной области. В процессе
вспышки излучение формирует аркада элемен-
тарных магнитных трубок, в которых могут су-
ществовать различные моды МГД колебаний.
Поэтому динамический спектр пульсаций из-
лучения должен иметь сложный характер.
Выделение этого спектра и его интерпретация
является нетривиальной задачей.
Существует большое количество различ-
ных методов анализа временных рядов. Мно-
гие из них использовались при анализе записи
вспышки класса M8.2 с целью выделения
частот пульсаций, их основной моды, измере-
ния их добротности, определения других час-
тотно-временных параметров. Оптимальными
методами анализа являются методы, исполь-
зующие априорную информацию о структуре
сигнала. Однако в нашем случае известны
только время начала вспышки и время покры-
тия сигнала облачностью атмосферы. Эта ин-
формация использовалась при предварительной
обработке временного ряда, при которой уст-
ранялся его тренд. Параметры этой процедуры
выбирались таким образом, чтобы в выходном
сигнале подавлялись колебания, возникающие
при аппроксимации больших градиентов
интенсивности сигнала в начальный момент
вспышек и в период резкого ослабления сиг-
нала наплывающей облачностью. В дальней-
шем полученный сигнал анализировался ме-
тодом фурье-анализа со скользящим окном,
размер и форма которого оптимизировались в
соответствии с требованиями повышения точ-
ности частотно-временного анализа.
Спектрограмма динамического спектра
пульсаций в диапазоне частот 0.02 0.5÷ Гц
приведена на рис. 4, а. Из анализа спектро-
грамм необходимо исключить две частоты,
равные 0.2 и 0.12 Гц, которые являются ре-
зультатом дискретного управления ДН радио-
телескопа при сопровождении вспышечной об-
ласти. Угловые флуктуации ошибок управле-
ния ДН по прямому восхождению, определяе-
мые дискретностью датчика углов, равной 0.7 ,′
приводят к модуляции принимаемого сигнала
с указанными частотами.
В импульсной фазе вспышки наблюдается
достаточно широкий спектр пульсаций, имею-
щих вид коротких цугов, что говорит об их
невысокой добротности. Проанализируем па-
раметры сигнала вспышки в момент ее макси-
мума в интервале времени 5.7 6.7÷ мин от-
носительно начала записи, свободном от пере-
ходных процессов и воздействия облачности.
Полученная амплитудно-частотная характери-
стика (АЧХ) пульсаций в этом временном
Рис. 3. Излучение области вспышки M8.2 в линии
195 Å 10.04.2002 г. в 12:13 UT: а) – тональное
изображение; б) – увеличенное оконтуренное
изображение
Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн
21Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1
интервале приведена на рис. 4, б. На рисунке
устранены обе паразитные частоты. Получен-
ный график демонстрирует основную моду ко-
лебаний, имеющую максимальную амплитуду,
и ее гармонические составляющие. Измере-
ние основной моды дает частоту пульсаций,
равную 0.05 Гц, что соответствует периоду
колебаний 20t ≈ с. Длительность пульсаций
основной моды 70τ ≈ с. Помимо частоты
основной моды колебаний, на других времен-
ных интервалах была выделена более высокая
частота пульсаций порядка 0.49 Гц, которая
отождествляется с основной модой радиаль-
ных колебаний. Ее период равен 2rt ≈ с.
Измеренная глубина модуляции сигнала в
анализируемом временном интервале равна
0.31. Если принять, что индекс энергетического
спектра ускоренных электронов во время вспыш-
ки равен 4δ = [13], а средний угол 30 ,θ ≈ ° то
в соответствии с (9), (12), (18) и (19) имеем
следующие оценки параметров плазмы во
вспышечной области: 0.14,β ≈ 74.2 10T ≈ ⋅ К,
163.3 10eN ≈ ⋅ м–3, 21.9 10B −≈ ⋅ Тл. В соответ-
ствии с (20) рассчитан малый радиус маг-
нитной трубки в аркаде. Его размер равен
61.7 10r ≈ ⋅ м. Исходя из общего линейного раз-
мера вспыхнувшей области по нейтральной ли-
нии между разнополярными магнитными
полями можно определить, что ее структура
образована 10 элементарными магнитными
трубками.
В отличие от вспышки класса M8.2, заре-
гистрированной 10.04.2002 г. и возникшей в
процессе мгновенного пересоединения в арка-
де магнитных трубок, вспышка класса M6.1,
наблюдавшаяся 12.09.2005 г., представляла
собой длительный процесс развития простых
петельных вспышек в областях, не связанных
единой аркадой. Картина развития этой вспыш-
ки хорошо видна в серии изображений этой
активной области в линии 195 Å, полученной
УФ телескопом TRACE с минимальным вре-
менем смены изображений 6 с. В начальном
периоде вспышки происходил практически
одновременный нагрев трех структурно не-
зависимых элементарных магнитных трубок.
В изображении, приведенном на рис. 5, а они
отмечены цифрами 1, 2, 3. Эти трубки лежат
в стороне от основных по интенсивности раз-
нополярных полей фотосферы, приведенных
на рис. 5, б, где область их максимального гра-
диента отмечена стрелкой. В указанных маг-
нитных петлях наблюдается внутренняя про-
странственная модуляция яркости, вызванная
модуляцией плотности плазмы стоячими МГД
волнами. При этом происходило быстрое, за
время менее 6 с, изменение пространствен-
ной структуры модуляции яркости, связанной
с изменением параметров плазмы. В процес-
се развития вспышки в 08:46:29 UT указанные
структуры образовали слитную широкую вспы-
шечную область, которая после 09:04:47 UT
снова разделилась на три независимые вспы-
шечные области. В дальнейшем первая область
переместилась в район максимального гради-
ента магнитного поля, вызвав вспышечный на-
грев существовавшей там аркады магнитных
трубок. В период с 08:46:29 UT по 08:56:46 UT
левая сторона второй вспышечной области,
приведенной на рис. 5, в, имела волнообраз-
ный вид, связанный с изгибными колебаниями
граничных магнитных трубок. В указанное
время форма этих колебаний изменчива, но
пространственный период стабилен, что сви-
Рис. 4. Спектрограмма флуктуаций излучения вспыш-
ки M8.2 10.04.2002 г., начало записи 12:23 UT, (а);
АЧХ пульсаций излучения вспышки M8.2 на времен-
ном интервале 12:27:42 UT ± 0.5 мин (б)
А. В. Антонов, Ю. М. Герасимов, Ю. В. Карелин
22 Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1
детельствует о стабильности в данный пери-
од времени параметров плазмы этой области.
Контурное изображение активной области в
08:55:46 UT приведено на рис. 5, г. Измерение
периода колебаний в этой области с учетом
искажений, вызванных проекцией изображе-
ния на картинную плоскость, перпендикулярную
лучу зрения, дает значение 71.4 10pl ≈ ⋅ м. Для
определения параметров плазмы в этот мо-
мент времени проведен анализ данных на-
блюдения вспышки на телескопе РТ-2. Вид
записи вспышечного излучения на частоте
84 ГГц в относительных единицах с началом
в 08:48:12 UT приведен на рис. 6, а. Отметим,
что уровень излучения активной области
NOAA0808 в предвспышечный период соответ-
ствовал 363 о. е. Спектральный анализ записи
этой вспышки выполнен аналогично анализу
вспышки класса M8.2. Полученная спектро-
грамма для диапазона 0.05 0.5÷ Гц показана
на рис. 6, б. Интенсивность всплесков приве-
дена для четырех уровней градаций, что дает
контрастную картину появления пульсаций.
Многокомпонентная структура вспышечной
области предопределила сложную частотно-
временную структуру пульсаций. Помимо
частот пульсаций вспышечного излучения, на
данной спектрограмме присутствуют три па-
разитных частоты, равные 0.13, 0.23 и 0.36 Гц,
которые связаны с дискретностью управле-
ния ДН радиотелескопа при слежении за вспы-
шечной областью с координатами 7′− по пря-
Рис. 5. Изображение области NOAA0808 в линии 195 Å 12.09.2005 г. в 08:44:44 UT (а); магнитограмма
данной области в 12:53 UT, стрелка – район максимального градиента поля, (б); изображение вспышки
M6.1 в 08:55:46 UT (в); контурное изображение вспышки в 08:55:46 UT (г)
Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн
23Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1
мому восхождению и 5′− по склонению от-
носительно центра Солнца. При слежении за
источником с такими координатами, помимо
модуляции излучения вспышечной области
главным лепестком ДН антенны, возникает
модуляция потока излучения спокойного Солн-
ца боковыми лепестками антенны, находящи-
мися на его лимбе. Для определения частоты
пульсации, связанной с выделенными изгибны-
ми колебаниями магнитных трубок, рассчи-
тана АЧХ пульсаций для временного интер-
вала 08:55:12 – 08:56:12 UT, которая показана
на рис. 6, в. На этом рисунке отфильтрованы
паразитные частоты. Анализ АЧХ позволил
выделить наиболее интенсивную основную
моду продольных МГД колебаний с частотой
1 0.07f = Гц и периодом 14.3t = с, ее вторую
и третью гармоники. Кроме того, на диаграм-
ме присутствует менее интенсивная частота
2 0.12f = Гц, ее вторая и третья гармоники, а
также частота 3 0.18f = Гц и ее вторая гар-
моника. Частоты 1,f 2f и 3f мы отождеств-
ляем с основными модами продольных МГД
колебаний в трех основных активных образо-
ваниях. Более высокие выделяемые частоты
4 0.33f = Гц и 5 0.48f = Гц мы отождествля-
ем с радиальными колебаниями магнитных
трубок. Пульсации с частотой 1,f отожде-
ствленной с основной модой продольных ко-
лебаний второй активной области, для кото-
рой определены значения пространственного
периода, имеют длительность 40t ≈ с. В этот
период глубина модуляции интенсивности из-
лучения равна 0.24. Полученные значения по-
зволили оценить параметры плазмы рассмат-
риваемой активной области следующим обра-
зом: 0.11,β ≈ 72.8 10T ≈ ⋅ К, 161.7 10eN ≈ ⋅ м–3,
21.1 10B −≈ ⋅ Тл. При этом возможные значения
радиусов магнитных трубок лежат в пределах
6 61 10 1.4 10⋅ ÷ ⋅ м.
Для сравнения выделенные параметры двух
мощных близких по интенсивности вспышек
M8.2 и M6.1 сведены в таблицу, в которой L –
средняя длина магнитной петли.
Рис. 6. Интенсивность излучения вспышки M6.1
12.09.2005г., начало записи в 08:48:12 UT, (а); спек-
трограмма флуктуаций излучения вспышки M6.1
12.09.2005 г. с началом в 08:48:12 UT (б); АЧХ
пульсаций излучения вспышки M6.1 на временном
интервале 08:55:42 UT ± 1мин (в)
Таблица. Параметры вспышек М8.2 и М6.1
M8.2 10.04.2002 74.2 10⋅ 163.3 10⋅ 21.9 10−⋅ 0.14 6126 10⋅ 61.3 10⋅ 10
M6.1 12.09.2005 72.8 10⋅ 161.7 10⋅ 21.1 10−⋅ 0.11 – – –
Класс
вспышки Дата T, K 3, мeN − B, Тл β Структура области
L, м r, м n
А. В. Антонов, Ю. М. Герасимов, Ю. В. Карелин
24 Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1
Заключение
В представленной работе проведено разви-
тие метода диагностики вспышечной плазмы
с целью повышения точности оценки ее пара-
метров по данным излучения в мм диапазоне.
Для этого диапазона уточнена количественная
связь флуктуации плотности потока гиросинх-
ротронного механизма излучений с флуктуация-
ми магнитного поля. Для оценки параметров ре-
зонансных МГД колебаний в корональных маг-
нитных трубках предложено использовать про-
странственный период их изгибных колебаний,
который наиболее точно определяется по изоб-
ражениям в линии излучения 195 Å. Рассмот-
ренное излучение двух мощных солнечных
вспышек в 3-мм диапазоне в импульсной фазе
сопровождалось высоким уровнем модуляции,
достигающим 30 %. Такой уровень модуляции
свидетельствует о высокой степени флуктуаций
магнитного поля в корональных трубках, кото-
рые вызываются распространением в них МГД
колебаний с образованием стоячих волн. Эти
стоячие волны наблюдались в изображениях
вспышечных областей в линии 195 Å в виде
изгибных колебаний периферийных магнитных
трубок. Частоты пульсаций излучения, выделен-
ные в динамических спектрах излучения вспы-
шек, связаны с распространением ускоренных
нетепловых электронов вдоль модулированного
магнитного поля и определяются простран-
ственным периодом стоячих волн. Глубина мо-
дуляции, частота пульсаций излучения, простран-
ственный период стоячих волн при учете ти-
пичного значения спектрального индекса уско-
ренных нетепловых электронов позволили оце-
нить температуру плазмы в импульсной фазе
вспышки. Определение длительности пульсаций,
связанных с затуханием колебаний, с учетом
приведенных выше параметров позволило оце-
нить концентрацию вспышечной плазмы и вели-
чину магнитного поля. Полученные результаты
не противоречат оценке параметров плазмы в
других солнечных вспышках, выполненной по на-
блюдениям в микроволновом диапазоне [6, 7].
Литература
1. Nakariakov V. M. and Ofman L. Determination of the
Coronal Magnetic Field by Coronal Loop Oscillations //
Astron. Astrophys. – 2001. – Vol. 372. – P. L53-L56.
2. Зайцев В. В., Степанов А. В. О происхождении пуль-
саций жесткого рентгеновского излучения солнеч-
ных вспышек // Письма в АЖ. – 1982. – Т. 8, №4. –
С. 248-252.
3. Зайцев В. В., Кисляков А. Г., Степанов А. В., Урпо С.,
Шкелев Е. И. Низкочастотные пульсации корональ-
ных магнитных петель // Известия вузов. Радиофи-
зика. – 2001. – Т. XLIV, №1-2. – С. 38-56.
4. Гельфрейх Г. Б., Цап Ю. Т., Копылова Ю. Г., Гольд-
варг Т. Б., Наговицын Ю. А., Цветков Л. И. О вариа-
циях микроволнового излучения активных областей
солнечной атмосферы // Письма в АЖ. – 2004. –
Т. 30, №7. – С. 540-547.
5. Зайцев В. В., Кисляков А. Г., Урпо С., Степанов А. В.,
Шкелев Е. И. Солнечно- временная эволюция низко-
частотных пульсаций в микроволновом излучении
солнечных вспышек // АЖ. – 2003. – Т. 80, №10. –
С. 945-955.
6. Степанов А. В., Копылова Ю. Г., Цап Ю. Т., Шиба-
саки К., Мельников В. Ф., Гольдварг Т. Б. Пульса-
ции микроволнового излучения и диагностика
вспышечной плазмы // Письма в АЖ. – 2004. –
Т. 30, №7. – С. 530-539.
7. Копылова Ю. Г., Степанов А. В., Цап Ю. Т. Радиаль-
ные колебания корональных петель и микроволновое
излучение солнечных вспышек // Письма в АЖ. –
2002. – Т. 8, №11. – С. 870-879.
8. Kundu M. R., White S. M., Shibasaki K. and Sakurai T.
Nonthermal Flare Emission from MeV – Energy Elect-
ron at 17, 34, and 86 GHz // Astrophys. J. – 2000. –
Vol. 545. – P. 1084-1088.
9. Karelin Yu. V., Litvinenko L. N., Ruzhentsev N. V.,
Sulima V. S., Churilov V. P. Radio Telescope RT-2 for
3-mm Band // Turkish Journal of Physics. – 1994. –
Vol. 9. – P. 1038-1040.
10. Dulk G. A., March K. A. Simplified Expressions for
the Gyrosynchrotron Radiation from Mildly Rela-
tivistic Nonthermal and Thermal Electrons // Astro-
phys. J. – 1982. – Vol. 259. – P. 350-358.
11. Прист Э. Р. Солнечная магнитогидродинамика. –
М.: Мир, 1985. – 589 с.
12. Benz A. Plasma Astrophysics Kinetic Processes in
Solar and Stellar Coronae – Astrophysics and Space
Science Library. – 2002. – Vol. 279. – 328 p.
13. Simnett G. M. The Electron Energy Spectrum from Large
Solar Flares // Sol. Phys. – 2006. – Vol. 237. – P. 383-395.
14. Брагинский С. И. Явления переноса в плазме // Воп-
росы теории плазмы. – 1963. – Вып. 1. – С. 183-272.
15. Tsap Yu. T. On the Cascading Acceleration of the
Quasi-Thermal Electrons by MHD Turbulence in So-
lar Flares // Sol. Phys. – 2000. – Vol. 194. – P. 131-136.
16. Сомов Б. В. Современное состояние проблемы
солнечных вспышек: новые наблюдения и новые
модели // Астрономический вестник. – 2006. –
Т. 40, №2. – С. 99-107.
Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн
25Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1
Дослідження параметрів сонячних
спалахів у триміліметровому
діапазоні хвиль
О. В. Антонов, Ю. М. Герасимов,
Ю. В. Карелін
Розглянуто два потужні сонячні спалахи
рентгенівського класу M8.2 і M6.1, спостере-
жені 10.04.2002 р. і 12.09.2005 р. в період мак-
симуму та мінімуму сонячної активності. Дос-
ліджено динамічні спектри випромінювання
спалахів у 3-мм діапазоні, зареєстрованих на
радіотелескопі РТ-2. На підставі виявлених
у зображеннях області спалаху в лінії 195 Å
згинальних коливань магнітних трубок і даних
динамічного спектру оцінено параметри плаз-
ми у області спалаху. Оцінено геометричні роз-
міри елементарних магнітних трубок і їхню
чисельність в аркаді для спалаху класу M8.2.
Research of Parameters
of Solar Flares
at 3-mm Wavelengths
A. V. Antonov, Yu. M. Gerasimov,
and Yu. V. Karelin
Two powerful solar flares of x-ray class M8.2
from 10.04.2002 and M6.1 from 12.09.2005 re-
corded, accordingly, during maximum and mini-
mum solar activity. The dynamic spectrum of
radiation of 3-mm wavelength flares recorded with
the RT-2 radio telescope has been studied. The
flexural vibrations of magnetic tubes found in the
images of a flare region in the line 195 Å and the
dynamic spectrum data have allowed estimation
of the parameters of plasma of the flare region.
The geometrical dimension of the elementary
magnetic tubes and their number in an arcade for
a flare of class M8.2 are estimated too.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-8379 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1027-9636 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T01:48:02Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Радіоастрономічний інститут НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Антонов, А.В. Герасимов, Ю.М. Карелин, Ю.В. 2010-05-25T10:30:18Z 2010-05-25T10:30:18Z 2008 Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн / А.В. Антонов, Ю.М. Герасимов, Ю.В. Карелин // Радиофизика и радиоастрономия. — 2008. — Т. 13, № 1. — С. 15-25. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1027-9636 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8379 523.08 Рассмотрены две мощные солнечные вспышки рентгеновского класса M8.2 и M6.1, наблюдавшиеся 10.04.2002 г. и 12.09.2005 г. в период максимума и минимума солнечной активности. Проведено исследование динамического спектра излучения вспышек в 3-мм диапазоне, зарегистрированных на радиотелескопе РТ-2. На основании обнаруженных в изображениях вспышечной области в линии 195 Å изгибных колебаний магнитных трубок и данных динамического спектра оценены параметры вспышечной плазмы. Оценены геометрические размеры элементарных магнитных трубок и их численность в аркаде для вспышки класса M8.2. Розглянуто два потужні сонячні спалахи рентгенівського класу M8.2 і M6.1, спостережені 10.04.2002 р. і 12.09.2005 р. в період максимуму та мінімуму сонячної активності. Досліджено динамічні спектри випромінювання спалахів у 3-мм діапазоні, зареєстрованих на радіотелескопі РТ-2. На підставі виявлених у зображеннях області спалаху в лінії 195 Å згинальних коливань магнітних трубок і даних динамічного спектру оцінено параметри плазми у області спалаху. Оцінено геометричні розміри елементарних магнітних трубок і їхню чисельність в аркаді для спалаху класу M8.2. Two powerful solar flares of x-ray class M8.2 from 10.04.2002 and M6.1 from 12.09.2005 recorded, accordingly, during maximum and minimum solar activity. The dynamic spectrum of radiation of 3-mm wavelength flares recorded with the RT-2 radio telescope has been studied. The flexural vibrations of magnetic tubes found in the images of a flare region in the line 195 Å and the dynamic spectrum data have allowed estimation of the parameters of plasma of the flare region. The geometrical dimension of the elementary magnetic tubes and their number in an arcade for a flare of class M8.2 are estimated too. ru Радіоастрономічний інститут НАН України Радиоастрономия и астрофизика Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн Дослідження параметрів сонячних спалахів у триміліметровому діапазоні хвиль Research of Parameters of Solar Flares at 3-mm Wavelengths Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн Антонов, А.В. Герасимов, Ю.М. Карелин, Ю.В. Радиоастрономия и астрофизика |
| title | Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн |
| title_alt | Дослідження параметрів сонячних спалахів у триміліметровому діапазоні хвиль Research of Parameters of Solar Flares at 3-mm Wavelengths |
| title_full | Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн |
| title_fullStr | Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн |
| title_full_unstemmed | Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн |
| title_short | Исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн |
| title_sort | исследование параметров солнечных вспышек в трехмиллиметровом диапазоне волн |
| topic | Радиоастрономия и астрофизика |
| topic_facet | Радиоастрономия и астрофизика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8379 |
| work_keys_str_mv | AT antonovav issledovanieparametrovsolnečnyhvspyšekvtrehmillimetrovomdiapazonevoln AT gerasimovûm issledovanieparametrovsolnečnyhvspyšekvtrehmillimetrovomdiapazonevoln AT karelinûv issledovanieparametrovsolnečnyhvspyšekvtrehmillimetrovomdiapazonevoln AT antonovav doslídžennâparametrívsonâčnihspalahívutrimílímetrovomudíapazoníhvilʹ AT gerasimovûm doslídžennâparametrívsonâčnihspalahívutrimílímetrovomudíapazoníhvilʹ AT karelinûv doslídžennâparametrívsonâčnihspalahívutrimílímetrovomudíapazoníhvilʹ AT antonovav researchofparametersofsolarflaresat3mmwavelengths AT gerasimovûm researchofparametersofsolarflaresat3mmwavelengths AT karelinûv researchofparametersofsolarflaresat3mmwavelengths |