АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2008, том 85, № 12, с. 1129-1142
УДК 52,3.985-7,3
ЭРУПТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ В НАЧАЛЕ РАЗВИТИЯ МОЩНЫХ ВСПЫШЕЧНО-АКТИВНЫХ ОБЛАСТЕЙ НА СОЛНЦЕ
© 2008 г. Л. К. Кашапова1, М. А. Лившиц2
1Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутск, Россия
2Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук, Троицк Московской области, Россия Поступила в редакцию 15.12.2007 г.; принята в печать 11.04.2008 г.
Изучается эволюция больших центров активности на Солнце и выясняются условия, приводящие к мощным нестационарным процессам. В дополнение к рассматриваемым в таких случаях обычным факторам (изменение площади пятен, структуры магнитных полей и характера движений), изучается вопрос о том, насколько наблюдения собственно нестационарных процессов (вспышек и связанных с ними корональных выбросов массы) могут быть полезны для предсказания развития таких процессов в ходе последующей эволюции центра активности. Данная проблема обсуждается на примере мощной группы 10486 октября 2003 г., наблюдения которой удалось провести еще до выхода этой группы на восточный лимб, используя наблюдения на космическом аппарате, располагающемся на околомарсианской орбите. Для событий 2003 г. появилась возможность строить изображения вспышек в различных спектральных диапазонах, и можно было подробно изучать высокоэнергичные процессы в изолированной в начале своего развития группе 486 и затем в событиях связанных между собой групп 486 и 484. Анализ своеобразного первого периода развития группы 486 показал, что в дальнейшем можно ожидать усиления активности не только вследствие всплытия новых магнитных потоков (и групп-сателлитов), но и взаимодействия и синхронизации двух, а затем и трех больших групп конца октября 2003 г. Иначе говоря, появление экстремально мощных нестационарных процессов связано в данном случае с относительно более высоким вкладом крупномасштабных магнитных полей. Сделанные выводы сопоставляются с результатами изучения характера движений и магнитных полей в обсуждаемом центре активности за время всего прохождения по диску с 23 октября по 5 ноября 2003 г.
РАС Б: 96.60.qe, 92.70.Qr
1. ВВЕДЕНИЕ. НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ О ПРОГНОЗИРОВАНИИ космической ПОГОДЫ
В некоторые эпохи солнечная активность становится очень высокой — серии мощных вспышек возникают в данной активной области или их комплексах. Так было в августе 1972 г., в июне 1991 г., октябре 2003 г., январе 2005 г.; несколько меньшая вспышечная активность была характерна для ноября 2000 г. и еще нескольких периодов. Изучение особенностей развития тех центров активности, в которых происходят серии мощных вспышек, представляет интерес как с точки зрения физики протекающих процессов, так и для прогнозирования космической погоды.
Сейчас уже многие факторы, определяющие геомагнитную обстановку и уровень высокоэнергичной радиации, достаточно хорошо известны. Поэтому в тех случаях, когда нестационарное событие на Солнце уже начало регистрироваться,
можно с достаточной степенью точности предсказывать картину развития явления в околоземном пространстве и на Земле, которое будет происходить через некоторое время (от получаса до суток) после начала события на Солнце. Разумеется это справедливо только в том случае, если солнечные явления регистрируются практически в реальном времени в нескольких спектральных диапазонах. Так, в последние годы (в частности, в 2003 г.) существенную информацию обеспечивал космический аппарат (КА) SOHO, регистрирующий ко-рональные выбросы массы (СМЕ) и корональные источники излучения в крайней ультрафиолетовой (EUV) области. Кроме того, в это же время те или иные проявления солнечной активности регистрировались на спутниках серии GOES, TRACE, КОРОНАС-Ф и др. У нас и во всем мире успешно пытаются формализовать этот прогноз, разрабатывая соответствующие компьютерные программы. В ведущих научных центрах, занятых кратко-
1130
КАШАПОВА, ЛИВШИЦ
срочными прогнозами, непосредственное участие человека требуется лишь в некоторых нетипичных и сложных случаях.
Предсказание космической погоды упирается в решение двух серьезных научных проблем. Первая из них относится к сильной переменности Бх-компоненты межпланетного магнитного поля (ММП), которую невозможно прогнозировать с необходимой точностью даже по известным условиям на Солнце и в межпланетном пространстве. Поэтому по солнечным данным можно достаточно надежно говорить о том, будет на Земле магнитная буря или нет, но оценить ее амплитуду трудно. Этому посвящено много научных публикаций.
Вторая проблема прогнозирования, имеющая большее значение для предсказания радиационной обстановки, относится к характеру эволюции тех областей или комплексов активности, где развиваются большие вспышки. Этой классической проблеме уделялось большое внимание начиная с середины ХХ в., когда при помощи магнитографов стали измеряться магнитные поля. Большие надежды возлагались на изучение изменения магнитных полей центров активности на фотосферном уровне, где собственно и измерялось магнитное поле. Первый вывод состоял в том, что вспышечная активность ассоциируется с резкими изменениями магнитного потока центра активности: вспышки чаще возникают как при нарастании потока, так и в начале его заметного уменьшения, обычно уже при разрушении группы пятен. Хотя статистически этот результат справедлив и верно отражает тенденцию, он не очень помогает в краткосрочном прогнозировании на одни или несколько суток. Обычно он существенно дополняется вторым результатом, относящимся в основном к появлению больших вспышек: самая высокая вспышеч-ная активность характерна для сформировавшейся ¿-конфигурации, т.е. появлении участков противоположной полярности магнитного поля в полутени доминирующего пятна (здесь и далее используется Маунт-вилсоновская классификация групп пятен). На протяжении всех последних лет фотосферные наблюдения показывают, что усложнение магнитной конфигурации во многих случаях происходит за счет сдвиговых движений (шира). С точки зрения влияния на уровень вспышечной активности наиболее существенны движения, параллельные нейтральной линии, но противоположно направленные. Локальная гелиосейсмология позволяет обнаруживать такие движения и в подфотосферных слоях, на глубинах около 10 тыс. км [1].
Итак, при разработке прогноза космической погоды на срок от нескольких суток до месяца приходится решать вопрос о характере эволюции центров активности. Изменение площади пятен и магнитной конфигурации являются, конечно,
важными характеристиками. Для большинства не очень больших групп, как правило униполярных или биполярных (классов а, ß), характерно то, что изменение площади со временем обычно достигает максимума и затем плавно спадает. В каком-то смысле "стадии стабильного существования активной области нет", как было отмечено Григорьевым и Ермаковой [2] еще в 1986 г. Однако иногда изменение магнитного потока достигает больших значений и остается близким к максимальному в течение нескольких суток. Это относится ко всем перечисленным выше случаям, где происходили серии больших вспышек; для анализируемой ниже группы 10486 в октябре 2003 г. само изменение потока приводится в [3].
Для мощных событий собственно вспышку и ассоциированный с ней СМЕ следует рассматривать как две стороны одного и того же нестационарного процесса. В этом смысле сейчас появляются некоторые указания на то, что возникновение больши!х вспышек не только является результатом эволюции локальных магнитных полей центров активности, но и определенную роль играют крупномасштабные поля. Возможно, различие особенностей вспышек в ноябре 2000 г. и октябре 2003 г. было связано как раз с различным расположением вспышечно-активного центра по отношению к линии раздела полярности крупномасштабного поля.
Спрашивается, можно ли указать какие-либо особенности нестационарных процессов, которые отличают развитие серии вспышек в появившемся из-за края или возникшем на видимом диске центре активности? Мы попытались изучить этот вопрос, используя все имеющиеся наблюдательные возможности. Однако при анализе ситуаций при восходе группы эта информация чаще всего отсутствует, и оказывается очень трудно предсказать, по какому пути будет развиваться группа, только что вышедшая из-за края. Однако здесь иногда удается использовать новые возможности, связанные с наблюдениями на КА в различных точках гелиосферы.
Ниже рассматривается развитие активных явлений, которое проводилось в один из эпизодов работы предсказания космической погоды, который совпал с возникновением мощной вспышечной активности группы 10486 в конце октября 2003 г. На КА "Mars Odyssey" наблюдался восход этой группы примерно за 2 сут до ее появления на лимбе для инструментов, располагающихся на Земле или околоземных орбитах [4]. В проводимом ниже анализе используются уже не только данные, которыми мы оперировали в текущем прогнозе 2003 г., а вся доступная информация, включая результаты RHESSI. Во разделе 2 статьи дается краткая информация об активности в этот период, далее в разделе 3 — некоторые особенности используемых
данных и способов их обработки. Результаты изучения активности при восходе группы 486 и первом эпизоде вспышечной активности уже на диске даны разделах в 4 и 5. В заключение обсуждаются полученные выводы и возможности их дальнейшего развития.
2. ВСПЫШЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ В ОКТЯБРЕ 2003 Г. И ЕЕ СРАВНЕНИЕ С ЯВЛЕНИЯМИ В ДРУГИЕ АНАЛОГИЧНЫЕ ПЕРИОДЫ
Данная статья посвящена в основном возникновению вспышек в больших центрах активности. В ходе последних нескольких циклов наблюдались несколько периодов прохождения по диску активных областей, в которых наблюдались серии мощных нестационарных процессов. Условно эти случаи можно разделить на несколько групп, различающихся расположением центра активности относительно нейтральной линии крупномасштабного магнитного поля и характера взаимодействия основного большого центра активности и других центров, развивающихся в это же время на диске. Редкими являются случаи, когда
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.