ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 5, с. 657-659
УДК 523.62 726
ИОНЫ НАДТЕПЛОВЫХ ЭНЕРГИЙ В СОЛНЕЧНОМ ВЕТРЕ НА 1 а.е. В МИНИМУМЕ АКТИВНОСТИ 23-24 ЦИКЛОВ
© 2015 г. М. А. Зельдович, Ю. И. Логачев
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына E-mail: mariya@srd.sinp.msu.ru
Исследуются энергетические спектры ионов 4He, C, O, Fe с энергией 0.04—1 МэВ/нуклон (данные ACE/ULEIS) и их относительное содержание на 1 а.е. в спокойные периоды солнечной активности. В длительном минимуме солнечной активности 2007—2009 гг. были получены спектры и величины относительного содержания надтепловых ионов в потоках солнечного ветра из приэкваториальных корональных дыр. Показано, что величины C/O и Fe/O соответствовали относительному содержанию ионов в быстром и медленном солнечном ветре. Интенсивность надтепловых ионов в потоке частиц из корональных дыр возрастала с увеличением скорости солнечного ветра.
DOI: 10.7868/S0367676515050476
ВВЕДЕНИЕ
Относительное содержание ионов с энергиями 0.1—1 МэВ/нуклон в спокойные периоды солнечной активности в 23 цикле изучалось в [1, 2], где было показано, что величины отношений C/O и Fe/O в фоновых потоках ионов зависят от уровня СА. При этом в максимуме цикла относительное содержание этих ионов было близко к содержанию во вспышках СКЛ, а в минимуме цикла — к значениям в солнечном ветре и/или в коротирую-щих областях взаимодействия разноскоростных потоков солнечного ветра. Результаты изучения спектров ионов в области надтепловых энергий и их относительного содержания в [3—5] в спокойные периоды солнечной активности в течение 23 и начала 24 циклов СА не противоречили выводам [1, 2]. Во время фаз роста, максимума и спада цикла величины отношений Fe/O с энергией 0.04—0.16 МэВ/нуклон находились в диапазоне значений в импульсных вспышках СКЛ или были близки к среднему содержанию в солнечной короне. В минимуме СА надтепловые Fe/O соответствовали отношениям в солнечном ветре.
В работе использованы измерения интенсив-ностей потоков ионов 4He, C, O и Fe с энергиями ~0.04—1 МэВ/нуклон прибором ULEIS на к. а. ACE [6]. Данные о приэкваториальных корональных дырах получены из сайта Интернета "CHH — coronal hole history" [7].
ОТНОСИТЕЛЬНОЕ СОДЕРЖАНИЕ НАДТЕПЛОВЫХ ИОНОВ Fe/O И C/O В ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПОТОКАХ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА ИЗ ПРИЭКВАТОРИАЛЬНЫХ КОРОНАЛЬНЫХ ДЫР
Благодаря уникальному длительному минимуму активности в 2007—2009 гг., оказалось возможным выделить спокойные периоды, в течение которых наблюдались потоки солнечного ветра из приэкваториальных корональных дыр. При этом применялись критерии выбора периодов, принятые в [3—5]. В каждом периоде определялись величины Fe/O и C/O с энергией 0.08—0.16 МэВ/нуклон, которые затем усреднялись по скоростям солнечного ветра в этих потоках в диапазонах: <500 км • с-1 и >500 км • с-1. Полученные усредненные величины относительного содержания надтепловых ионов в быстром и медленном солнечном ветре приведены в таблице для минимума СА (2007-2009 гг.) и повышенной СА (2006, 2010-2011 гг.). Из таблицы видно, что величины надтепловых Fe/O и C/O в потоках из корональных дыр во время низкой и повышенной солнечной активности соответствуют относительному содержанию ионов солнечного ветра в эти же периоды солнечной активности [8]. Относительное содержание надтепловых ионов в потоках частиц служит указанием на популяцию частиц, ускоренных в различных процессах на Солнце или в межпланетном пространстве до надтепловых энергий. Полученные результаты означают, что возможным источником ускоренных ионов из
658
ЗЕЛЬДОВИЧ, ЛОГАЧЕВ
Величины относительного содержания надтепловых ионов Fe/O и C/O в медленных и быстрых потоках солнечного ветра
Повышенная СА (2006-07, 2010-12) Минимум СА (2008-09)
<500 км • с-1 >500 км • с-1 <500 км • с-1 >500 км • с-1
Fe/O (ULEIS)* Fe/O (SWICS)** C/O (ULEIS)* C/O (SWICS)** 0.2 0.06-0.16 0.56 0.48-0.83 0.11 0.05-0.12 0.47 0.6-0.78 0.088 0.05-0.15 0.94 0.6-0.9 0.056 0.04-0.07 0.46 0.64-0.78
* Величины Fe/O и C/O с энергией 80—160 кэВ/нуклон в потоках частиц из корональных дыр (настоящая работа) при скоростях солнечного ветра <500 км • с-1 и >500 км • с-1.
** Fe/O и C/O в быстром и медленном солнечном ветре по данным SWICS/ACE [6].
корональных дыр являются высокотемпературные ионы солнечного ветра.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ ИОНОВ 4Не, О И Бе В ПОТОКАХ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА ИЗ КОРОНАЛЬНЫХ ДЫР
Усредненные спектры ионов 4Не и Бе в потоках солнечного ветра из изучаемых здесь 35 приэкваториальных корональных дыр в 2006—2011 гг.
J
10—7 ..................I
0.1 1 Энергия, МэВ/нуклон
Рис. 1. Усредненные энергетические спектры надтепловых ионов 4Не и Бе в потоках солнечного ветра со средними скоростями в диапазонах: <400км • с-1 (кружки), 400-500 км • с-1 (ромбы) и >500 км • с-1 (треугольники) из корональных дыр в 2006-2011 гг. Спектры рассчитаны с усреднением по спокойным периодам с учетом весового вклада каждого из них, для трех выделенных здесь интервалов скоростей солнечного ветра. Верхние 3 кривые - спектры 4Не, нижние - спектры Бе. Интенсивность ионов J дана в частицах (см2 • с • ср • МэВ/нуклон)-1.
приведены на рис. 1. Спектры раздельно усреднялись с учетом весового вклада каждого периода по разным диапазонам скоростей солнечного ветра, а именно в диапазонах <400 км • с-1, 400-500 и >500 км • с-1. Видно, что интенсивности ионов зависят от скорости солнечного ветра: чем выше скорость, тем больше интенсивность ионов в потоках частиц из корональных дыр. Этот результат подтверждает высказанное выше предположение о возможном источнике надтепловых ионов из корональных дыр.
Как известно, форма энергетического спектра заряженных частиц зависит от механизма их ускорения. На рис. 2 представлены спектры ионов 4Не,
10-6_i_i_i_iiii_i_i_i_i_i_iiii_i
0.1 1 Энергия, МэВ/нуклон
Рис. 2. Энергетические спектры ионов 4Не (треугольники), О (квадраты) и Бе ( кружки) в потоках солнечного ветра из двух приэкваториальных корональных дыр 26-29.06.2008 и 20-22.01.2010. Пустыми символами обозначены спектры ионов в потоках частиц в 2008 г., сплошными - спектры в 2010 г. Интенсивность ионов Jдана в частицах (см2 • с • ср • МэВ/нуклон)-1.
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 79 № 5 2015
ИОНЫ НАДТЕПЛОВЫХ ЭНЕРГИЙ В СОЛНЕЧНОМ ВЕТРЕ
659
О и Бе в потоках солнечного ветра из двух корональ-ных дыр, потоки частиц из которых достигли 1 а. е. в периоды времени 26-29.06.2008 и 20-22.01.2010. Из рисунка видно, что спектры 4Не и О в рассматриваемых двух случаях были подобны: интенсивности ионов как 4Не, так и О, были выше, чем в январе 2010 г. (за исключением того, что спектр 4Не в июне 2008 г. был близок к экспоненциальному, в то время как в январе 2010 спектр был степенным, а спектры О в потоках из обеих корональных дыр были степенными). Оба спектра Бе также были степенными, но, в противоположность спектрам 4Не и О, интенсивность в январе 2010 г была большей. В [8-10] было показано, что динамика содержания ионов в атмосфере Солнца и в солнечном ветре зависит от первого ионизационного потенциала (Б1Р) ионов. Наблюдающееся различие в спектрах надтепловых ионов, возможно, связано с разной величиной Б1Р ионов (Бе = 7.8 эВ, О = 13.6% эВ и 4Не = 24.6 эВ). Полученные результаты указывают на разные механизмы ускорения ионов с малой и большой величиной Р1Р и, следовательно, на разные условия в короне в области этих корональ-ных дыр. Не исключена также возможность, что большое участие в формировании спектров принимают различные активные процессы в межпланетном пространстве на расстоянии от Солнца до Земли.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Исследованы энергетические спектры ионов 4Не, С, О, Бе с энергией 0.04-1 МэВ/нуклон (данные АСБ/иЬБ18) и их относительное содержание на 1 а. е. в потоках солнечного ветра в спокойные периоды минимума 23 и 24 солнечных циклов. Полученные результаты изучения относительного содержания ионов показали, что в периоды минимума солнечной активности главным источ-
ником надтепловых фоновых частиц являются ускоренные частицы солнечного ветра. Уникальный длительный минимум активности в 2007— 2009 гг., в течение которого наблюдались высокоскоростные потоки солнечного ветра из приэкваториальных корональных дыр, позволил получить спектры и величины относительного содержания надтепловых ионов высокоскоростного хвоста солнечного ветра (wind suprathermal tail) от скорости солнечного ветра (bulk). Показано, что величины относительного содержания надтепловых ионов Fe/O при минимальной и повышенной солнечной активности соответствуют относительному содержанию ионов солнечного ветра.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Desai M.I., Mason G.M., Gold R.E. et al. // Astrophys. J. 2006. V 649. P. 470.
2. Dayeh M.A., Desai M.I., Dwyer J.R. et al. // Astrophys. J. 2009. V 693. P. 1588.
3. Зельдович М.А., Ишков B.H., Логачев Ю.И., Кечке-мети К. // Изв. РАН. Сер. физ. 2011. Т. 75. № б. С. 825; Zeldovich M.A., Ishkov V.N., Logachev Yu.I., Kecskeméty K. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2011. V. 75. № б. P. 776.
4. Зельдович М.А., Логачев Ю.И., Сурова Г.М. // Аст-рон. Журн. 2011. Т. 88. № 4. С. 409. Zel'dovich M. A., Logachev Yu.I., Surova G.M. // Astr. Rep. 2011. V. 55. № 4. P. 374.
5. Ishkov V.N., Zeldovich M.A., Kecskeméty K., Logachev Yu.I. // Adv. Space Res. 2012. V 50. P. 757.
6. www.srl.caltech.edu/ACE/ASC/level2/lvl2DATA_ ULEIS.html
7. http://www.solen.info/solar/coronal_holes.html
8. Lepri S.T., Landi E., Zurbuchen T.H. // Aph. J. 2013. V. 768. P. 94.
9. PeterH. // Astron. Astrophys. 1998. V. 335. P. 691.
10. Feldman U., Widing K.G. // Space Sci. Rev. 2007. V 130. P. 301.
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 79 № 5 2015
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.