АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 91, № 8, с. 662-667
УДК 523.985.3-77
ДОЛГОПЕРИОДИЧЕСКИЕ ПУЛЬСАЦИИ ТЕПЛОВОГО МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ВСПЫШКИ 2 ИЮНЯ 2007 Г. ПО ДАННЫМ С ВЫСОКИМ ПРОСТРАНСТВЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ
© 2014 г. Е. Г. Куприянова1*, В. Ф. Мельников1'2, В. М. Пузыня2, К. Шибасаки3, Х. С. Джи4
1Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
2Научно-исследовательский радиофизический институт, Нижний Новгород, Россия 3Солнечная радиообсерватория Нобеяма, Минамисаку, Нагано, Япония 4Обсерватория Пурпурной горы, Нанкин, Китай Поступила в редакцию 09.12.2013 г.; принята в печать 23.12.2013 г.
На основе данных радиогелиографа Нобеяма (ЫоНИ) на 17 ГГц с высоким угловым и временным разрешением в тепловой компоненте микроволнового излучения вспышечной петли 02.06.2007 на Солнце обнаружены и исследованы квазипериодические пульсации с постоянными во времени периодами в диапазоне от 55 до 250 с. Выделены колебания с периодом около 110—120 с, отличающиеся от других своей синфазностью вдоль оси петли. Наблюдаемые периодичности вероятнее всего вызваны модуляцией радиоизлучения медленными магнитозвуковыми волнами, захваченными в филаментированной вспышечной петле.
001: 10.7868/80004629914080027
1. ВВЕДЕНИЕ
Квазипериодические пульсации (КПП) микроволнового излучения с периодами P от нескольких до нескольких десятков секунд, наблюдаемые в солнечных вспышках, широко обсуждаются в литературе [1—4]. Долгопериодические пульсации с периодами в несколько минут обсуждались лишь в отношении квазистационарного излучения областей над солнечными пятнами [5]. Только в последнее время колебания c P & 1 — 15 мин обнаружены и во вспышках в микроволновом диапазоне [6—11], в жестком рентгеновском излучении [12], а также в мягком рентгеновском излучении [13]. Исследование этих колебаний стало особенно актуальным и перспективным ввиду их возможной связи с процессами энерговыделения во вспышках и нагрева солнечной короны [14, 15].
В нашей работе мы исследуем пространственную структуру этого нового класса пульсаций на примере КПП, обнаруженных нами в плавной компоненте микроволнового излучения близкой к лимбу вспышки класса GOES M2.5, происшедшей
* E-mail: elenku@bk.ru
02.06.2007. Источник плавной компоненты распределен по всей вспышечной петле и связан с тепловым тормозным радиоизлучением разогретой хромосферной плазмы, постепенно заполняющей петлю [16]. Цель работы — по данным Радиогелиографа Нобеяма (ЫоНИ) исследовать амплитудные и фазовые характеристики минутных КПП в разных частях вдоль вспышечной петли и на основе этого сделать вывод об их природе.
2. МЕТОДИКА АНАЛИЗА ВРЕМЕННЫХ ПРОФИЛЕЙ
Методика обработки временных профилей ^ = = ^(Ьк), где к = 0,1,...,Ы — 1, подробно описана в работах [1, 3]. Сглаживанием исходного сигнала Г(Ьк) методом бегущего среднего по временам т выделяется низкочастотная компонента (Ьк). Затем рассчитывается высокочастотный
сигнал ^(Ьк) = ^(Ьк) — (Ьк) = (Ьк). Для отделения истинного периодического сигнала от артефактов фильтрации, используется набор т от 50 с до 500 с. Значение периода принадлежащей
Рис. 1. (а) — Радиокарта вспышечной области. Градиент серого цвета показывает интенсивность в канале I микроволнового излучения на 17 ГГц на начальной фазе вспышки (на момент tз00 = 05 : 41 : 43 иТ). Темными контурами показаны положения источника в канале I = Я + L, а светлыми — в канале V = Я — L. Сплошные и штриховые контуры соответствуют моментам t2ooo = 06 : 10 : 03 иТи t28oo = 06 : 23 : 23 иТ — началу и концу плавной компоненты. Контуры соответствуют уровням 0.96, 0.8, 0.6 и 0.4 от максимального значения яркости в каналах I или V. (б) — Временны е профили потоков излучения в канале интенсивности, полученные интегрированием по площадкам, показанным квадратами на карте слева. Верхнее семейство кривых соответствует каналу I, а нижнее — каналу V. В каждом семействе кривых жирной линией показан поток из северного источника (Ьох0), линией средней толщины — из южного источника (Ьох2), тонкой линией — из вершины петли (Ьох1). Вертикальными штриховыми линиями выделена плавная компонента (от t2000 до t2800 ).
(a)
-80 -100
и
^ -120
и
м
8 -140 -160 -180
Контуры, 06:10 3 UT
- R+L
R-L
Контуры, 06:23:23 UT R+L R-L
b<x1
NoRH 17 ГГц
-980 -960 -940 -920 -900 -880 X, сек. дуги
05:40 05:50
06:00 06:10 06:20 Время UT (ч:мин)
06:30 06:40
сигналу спектральной компоненты сохраняется постоянным для разных т. Поскольку в рамках данной статьи исследуется плавная компонента микроволнового излучения, в течение которой не было резких скачков потоков излучения и (max Fk — — min Fk)/ max Fk < 0.8, то к анализу принимается только высокочастотная компонента, без вычисления модулированного сигнала. Временные профили высокочастотного сигнала исследуются методами корреляционного, фурье- и вейвлет-анализа.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ КПП
Для исследования пространственно-временной структуры КПП в излучении вспышки в канале интенсивности I = R + L и в канале поляризации V = R — L на частоте 17 ГГц на каждую секунду интервала 05:37:00—06:45:02 UT синтезированы радиокарты вспышечной области. Вспышка ассоциируется с корональной петлей с координатами S06 E74, показанной градиентом серого цвета на рис. 1а в канале I в момент t30o = 05 : 41 : 43 UT. Расстояние между основаниями петли d & 40" дает оценку длины полукруглой петли L & 44 Мм. Отметим, что толщина петли неодинакова. В вершине радиус петли составляет a & 18", а в основаниях — a & 12". Отсюда получаем оценку отношения радиуса петли к ее длине: a/L & 0.2—0.3.
На рис. 1б показаны временны е профили потоков излучения (исходного сигнала) в каналах I и V, полученные интегрированием по трем выбранным боксам (квадраты на рис. 1а): в вершине (box1) и основаниях (box0 и box2). В течение существования плавной компоненты, выделенной вертикальными штриховыми линиями на рис. 1б, происходило перераспределение радиояркости в сторону более высоких слоев короны в канале I. Это видно из сравнения сплошных и штриховых темных контуров, показывающих распределения радиояркости в моменты t2000 = 06 : 10 : 03 UT и ¿2800 = 06 : 23 : 23 UT. Поляризованный источник (канал V) оставался неподвижным в пространстве, что позволило стабилизировать изображения относительно центра его яркости и избежать влияния возможного джиттер-эффекта.
Во временных профилях плавной компоненты микроволнового излучения из трех различных боксов заметны КПП с периодами несколько минут (рис. 1б). Отметим, что большая длительность исследуемой плавной компоненты (15 мин) позволяет с уверенностью выделять и исследовать КПП с периодами до 4 мин. КПП видны более отчетливо на графиках высокочастотного сигнала
fTI (рис. 2а). Амплитуда пульсаций составляет AI/I < 4. Вейвлет-спектры высокочастотного сигнала показаны на рис. 2б. В разных боксах присутствуют несколько спектральных компонент
664
КУПРИЯНОВА и др.
(а)
к
«
о
3 н к о ■ к о К ■ £ о
м «
о к н о н о ■
се ^
о ■
м §
я
Л
И
^
н к
4 ■ к
£ <
0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 0.2 0.1 0 0.1 0.2 0.2 0.1 0 0.1 0.2
ШЯИ, 17 ГГц, Я+Ь
лЛч А Ал Ьох0
1 1 1 ' МЛ
06:12 06:16 06:20
06:12
06:16
06:20
л, Л\ /А л/Л^ А\ Ал Ьох1 У/
Ч/ V уу у 1 1 V 1 I IV
лд* / V А/ 1/ \ А Ьох2 К К
Л/ V, 1 V VI (V I г 1 V
(б)
300 250 200 150 100 50
06:12 06:16 06:20 Время иТ (ч:мин) (Начальный момент - 2 июня 2007 г., 06:08:40 ЦТ)
Вейвлет-спектр мощности
Интегральный вейвлет-спектр
200 400 600 Время, с
300 250 200 150 100 50 0 99% 1 1 1
300 250 200 150
1
100 50 ^ 99% "■-■■-.
0
300 250 200 150 100 50 0
_ 99% Л/ Г 1 1 1
Мощность, отн. ед.
Рис. 2. (а) — Временные профили высокочастотного сигнала плавной компоненты из площадок, отмеченных квадратами на рис. 1а, в интервале от от ¿2000 до ¿гвоо. (б) — Вейвлет-спектры высокочастотного сигнала в канале I из трех боксов для т = 100 с. На вейвлет-спектр каждого из боксов для наглядности жирной линией наложен нормированный временной профиль потока из соответствующего бокса. Тонкий сплошной контур показывает 99%-уровень значимости. Крайние правые графики представляют интегральный вейвлет-спектр. Штриховая линия показывает 99%-уровень значимости.
с постоянными во времени периодами Р & 55—65, 110—120 и 220—250 с. Спектральная компонента с периодом Р & 110—120 с видна на протяжение всего временно)го интервала. Следовательно, ее добротность составляет Q = пп & 25 (п — число периодов пульсаций). Эта спектральная компонента обладает также наибольшей спектральной мощностью, что особенно хорошо видно на интегральных вейвлет-спектрах (правые графики на рис. 2б).
Квазипериодический характер микроволнового излучения демонстрируют также автокорреляционные функции высокочастотного сигнала ) (рис. 3а). Их периодограммы показаны на рис. 3б для набора т = 100, 150, 200 и 250 с. В различных участках вспышечной области присутствуют КПП с периодами Р & 55—65, 110—120 и 220—250 с. Из рис. 3б видно, что для разных значений т периоды спектральных компонент сохраняются постоянными. Этот результат свидетельствует в пользу того, что КПП принадлежат сигналу, а не являются артефактами фильтрации. Найденные значения периодов согласуются с периодами, найденными из при помощи вейвлет-анализа. Отметим, что на периодограммах в боксе "0" также присутствует пик с периодом Р & 140 с. Однако на вейвлет-спектре
его нет. Наибольшей спектральной мощностью Ш обладает пик с периодом Р & 110—120 с, что также соответствует результатам вейвлет-анализа.
Отметим, что точность определения периодов ухудшается с ростом периода. Это связано с неравномерностью сетки периодов в дискретном преобразовании Фурье. Так, для рассматриваемой в данной статье длины временно го ряда N = 901 с периоды 55—65 с определяются с точностью ±(2—2.5) с, периоды 110—120 с — с точностью ±(6—8) с, а периоды 220—250 с — с точностью ±(22—32) с.
Анализ фазовых соотношений между временны ми профилями пульсаций в разных участках вспышечной петли показал, что они являются довольно неоднозначными для спектрал
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.