АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2008, том 42, № 4, с. 373-380
УДК 524.822
ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК В ЯНВАРЕ 2005 ГОДА ПО ДАННЫМ АППАРАТУРЫ АВС-Ф НА БОРТУ ИСЗ КОРОНАС-Ф
© 2008 г. И. В. Архангельская*, А. И. Архангельский*, Ю. Д. Котов*, C. Н.Кузнецов**, А. С. Гляненко*
*Институт астрофизики Московского инженерно-физического института (государственного университета) **НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова Поступила в редакцию 15.04.2005 г.
В январе 2005 г. 6 солнечных вспышек были зарегистрированы аппаратурой АВС-Ф, установленной на борту ИСЗ КОРОНАС-Ф. В статье обсуждаются временные профили и энергетические спектры солнечных вспышек 20 января 2005 г. (класс X7.1), 17 января 2005 г. (класс X3.8) и 15 января 2005 г. (класс X2.6) по данным аппаратуры АВС-Ф. Источником этих вспышек была активная область NOAA 10720. Спектры вспышек 17 января 2005 г. и 20 января 2005 г. содержат ядерные линии, позитронную линию и линию от захвата нейтронов, а в спектре вспышки 15 января 2005 г. можно выделить только позитронную линию и линию от захвата нейтронов. Спектральные особенности, соответствующие этим линиям, наблюдались на всем протяжении регистрации гамма-излучения вспышек аппаратурой ABC-Ф. Анализ временного профиля вспышки 20 января 2005 г с временным разрешением 1 мс в энергетическом диапазоне 0.1-20 МэВ показывает наличие тонкой структуры с характерными масштабами от 7 мс до 35 мс c доверительной вероятностью 99%.
РАС8: 96.60.qe
ВВЕДЕНИЕ
Аппаратура АВС-Ф (Амплитудно-Временная Спектрометрия Солнца) (Архангельский и др., 1999) установлена на борту ИСЗ КОРОНАС-Ф, параметры орбиты ИСЗ следующие: наклонение орбиты ~82.5°, высота ~500 км, период обращения ~90 мин. Прибор предназначен для анализа характеристик потоков жесткого рентгеновского и гамма-излучения Солнца, солнечных вспышек и гамма-всплесков и является системой электроники для обработки информации с двух детекторов: РПС-1 (Рентгеновский Полупроводниковый Спектрометр) и СОНГ-Д (Солнечные Нейтроны и Гамма-кванты). РПС-1 представляет собой полупроводниковый детектор на основе С^е с размерами 4.9 мм х 4.9 мм (Гляненко и др., 1996) для регистрации рентгеновского излучения в диапазоне 3-30 кэВ. СОНГ-Д является сцинтилляционным детектором на основе С81(Т1) (диаметр 200 мм, высота 100 мм) окруженным антисовпадательной защитой из пластика (Кузнецов и др., 1995), и имеет два диапазона регистрации гамма-излучения: высокоэнергетический 2-260 МэВ (Калмыков и др., 2007) и низкоэнергетический 0.1-20 МэВ (Архангельская и др, 2005а). Границы диапазонов приводятся по данным на январь 2005 г., т.к. наклон калибровочной зависимости и порог регистрации изменяются со временем. Эксперимент
КОРОНАС-Ф проводился с 31 июля 2001 г. по 06 декабря 2005 г.
На экваториальных участках орбиты ИСЗ КОРОНАС-Ф аппроксимация фона аппаратуры АВС-Ф проводилась полиномами четвертой или пятой степени, а в полярных шапках - линейными функциями, либо константой (Архангельская и др., 20056), области радиационного пояса и Южно-Атлантической магнитной аномалии (SAA) исключались из анализа (за один виток ИСЗ КОРОНАС-Ф четырежды пересекал радиационный пояс Земли, а на некоторых витках заходил в область SAA).
В течение января 2005 г. на Солнце наблюдалось более 20 солнечных вспышек классов M и X (Nightingale и др., 2005 www.lmsal.com/solar-soft/latest_events_archive.html) детекторами, установленными на ИСЗ GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite), RHESSI (Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager), SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), TRACE (Transition Region And Coronal Explorer) и другими приборами. Источниками этих вспышек были четыре активные области (AR - active regions) - 10715, 10718, 10719 и 10720, причем 6 вспышек были зарегистрированы и аппаратурой АВС-Ф. Основные характеристики солнечных вспышек, наблюдав-
Время с 20 января 2005 г. 06:33:26.222 UT, c
Рис. 1. Временны е профили скорости счета по данным АВС-Ф (с вычетом фона) во время вспышки 20 января 2005 г. в энергетических диапазонах 0.1-20 МэВ и 2-260 МэВ и потока рентгеновского излучения в диапазоне 0.1-0.8 нм по данным ООЕБ-12. Стрелкой с маркировкой РП отмечен интервал времени, в течение которого ИСЗ КОРОНАС-Ф проходил через радиационный пояс.
шихся аппаратурой АВС-Ф в январе 2005 г., приведены в таблице. Источником вспышки 9 января 2005 г. была активная область КОАА 10719, а источник остальных пяти вспышек - АЯ 10720. Самой мощной из зарегистрированных является солнечная вспышка 20 января 2005 г. (класс Х7.1), наблюдавшаяся аппаратурой АВС-Ф перед вхождением ИСЗ в область захваченной радиации. Было так же зарегистрировано гамма-излучение от вспышки 17 января 2005 г. (класс Х3.8). Солнечная вспышка 15 января 2005 г. наблюдалась в полярной шапке (класс Х2.6). Вспышка 9 января 2005 г. (класс М2.4) и две вспышки 19 января 2005 г. (класс М6.7 и Х1.3) наблюдались частично в полярных шапках, и во время этих трех вспышек ИСЗ КОРОНАС-Ф входил в радиационный пояс. Следовательно, наиболее благоприятными для анализа являются вспышки 15, 17 и 20 января 2005 г.
ВРЕМЕННОЙ ПРОФИЛЬ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР СОЛНЕЧНОЙ ВСПЫШКИ 20 ЯНВАРЯ 2005 ГОДА
Солнечная вспышка 20 января 2005 г. началась в 06:36 ИТ по данным приборов, установ-
ленных на спутниках серии GOES, и закончилась в 07:26 UT (http://sec.noaa.gov/ftpdir/indices/2005_ events/20050120events.txt). Эта вспышка сопровождалась коронарным выбросом (СМЕ), а также протонным событием и GLE, которые считаются наиболее интенсивными за прошлые 15 лет (Me-waldt и др., 2005; Wilkinson, Allen, 2005). Источником этой вспышки класса X7.1 была активная область NOAA 10720, координаты источника на диске
Солнца N14W61. Временные профили скорости счета по данным АВС-Ф (с вычетом фона) во время вспышки 20 января 2005 г. в энергетических диапазонах 0.1-20 МэВ и 2-260 МэВ и потока рентгеновского излучения в диапазоне 0.1-0.8 нм по данным ИСЗ GOES-12 показаны на рис. 1. Максимальная энергия гамма-квантов, зарегистрированных во время этой вспышки, составила Emax = = 137 ± 4 МэВ. Гамма-излучение от этой вспышки как в низкоэнергетическом, так и в высокоэнергетическом диапазонах аппаратуры АВС-Ф наблюдалось во время нарастания рентгеновского излучения. Суммарные временны е профили скорости счета в гамма-диапазоне (время интегрирования составляло 16 с в диапазоне 0.1-20 МэВ и 128 с в диапазоне 2-260 МэВ) имеют простую структуру с
Энергия, МэВ
Рис. 2. Суммарный энергетический спектр солнечной вспышки 20 января 2005 г. (с вычетом фона) во временном интервале 06:43:16-06:59:51 иТ по данным аппаратуры АВС-Ф в низкоэнергетическом гамма-диапазоне.
одним максимумом так же, как и в рентгеновском временном интервале 06:43:16-06:59:51 ИТ по дан-диапазоне. ным аппаратуры АВС-Ф в низкоэнергетическом
гамма-диапазоне показан на рис. 2. В спектре вы-Суммарный энергетический спектр солнечной деляются четыре комплекса спектральных линий вспышки 20 января 2005 г. (с вычетом фона) во в диапазонах 0.4-0.6 МэВ (аа + аннигиляционная
Параметры солнечных вспышек, зарегистрированных аппаратурой АВС-Ф в январе 2005 г.
Дата Начало и окончание вспышки по данным GOES, UT Начало и окончание гамма-излучения по данным АВС-Ф, ИТ Класс № активной области Координаты на диске Солнца Примечание
15.01 22:25-23:31 22:56:31-23:05:51 X2.6 10720 N15W05 Наблюдение в полярной шапке
17.01 06:59-10:07 09:51:13-09:58:40 X3.8 10720 N15W25 Наблюдение в приэкваториальной области после выхода ИСЗ КОРОНАС-Ф из тени Земли
20.01 06:36-07:26 06:43:16.-06:59:51 X7.1 10720 N14W61 Наблюдение в приэкваториальной области
09.01 08:25-09:09 08:51:58-08:53:02 M2.4 10719 S09E69 Начало и конец
19.01 07:00-07:54 07:40:39-07:42:31 M6.7 10720 N16W53 вспышки во время прохождения ИСЗ КОРО-НАС-Ф радиационно-
19.01 08:03-08:40 8:05:18-8:13:50 X1.3 10720 N15W51 го пояса
Отсч/мс
60 -
55 -
50 -
45 -
40 -
35 -
30 -
25 - А
20 г
15 н V
10 -1
5 -
0
20 40 60 80 100 120 140
Время с 20 января 2005 г. 06:53:59.933 ЦТ, мс
160
180
200
600 500 400 300 200 100
0 0
4096.0
(б)
1000 800 600 400 200
0
0.5 Частота 1.0 Время, мс
(в)
"Г 0
4096.0
0.1 20.0
0.2 10.0
0.3 6.6
0.4 4.0
0.5 Частота 2.0 Время, мс
Рис. 3. Фрагмент (а) временного профиля вспышки 20 января 2005 г. с временны м разрешением 1 мс в интервале времени 06:53:59.933-06:54:04.030 ИТ и его периодограмма (б), а так же периодограмма (в) для усредненного по 2 мс временного профиля на этом интервале времени.
0
линия), 1.7-2.3 МэВ + 20№ + 2881 + линия от захвата нейтронов), 3.2-5.0 МэВ (20№ + 16О + 12С) и 5.3-6.9 МэВ (16О). Выделенные спектральные особенности наблюдались в течение всего времени регистрации гамма-излучения от этой вспышки аппаратурой АВС-Ф.
Аппаратура АВС-Ф позволяет сразу после срабатывания всплесковой ячейки анализировать временной профиль в низкоэнергетическом гамма-диапазоне с временным разрешением 1 мс длительностью 4.096 с. Проведен анализ такого временного профиля с началом в 06:53:59.933 ИТ для солнечной вспышки 20 января 2005 г. в энергетическом диапазоне 0.1-20 МэВ (его фрагмент приведен на рис. 3а). Периодограмма для этого временного профиля показана на рис. 36. Анализ данных показывает наличие регулярностей вре-
менного ряда с масштабом 7, 8, 22 и 35 мс. Временной масштаб регулярностей сохраняется при усреднении этого временного профиля по 2 мс -соответствующая периодограмма представлена на рис. 3в. Таким образом, на временном профиле вспышки 20 января 2005 г. присутствуют регулярности временного ряда с масштабом от 7 до 35 мс с доверительной вероятностью 99%, что свидетельствует о наличии его тонкой структуры с соответствующим временны м масштабом.
ВРЕМЕННОЙ ПРОФИЛЬ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР СОЛНЕЧНОЙ ВСПЫШКИ 17 ЯНВАРЯ 2005 ГОДА
Источником вспышки 17 января 2005 г. (класс Х3.8) также была активная область КОАА 10720,
Время с 17 января 2005 г. 09:37:06.402 ит, с
Рис. 4. Временны е профили вспышки 17 января 2005 г. по данным АВС-Ф (с вычетом фона) в энергетическом диапазоне 0.1-20 МэВ и по данным ИСЗ вОЕ8-12
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.