АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2009, том 86, № 4, с. 392-405
УДК 523.987
КРУПНОМАСШТАБНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА СОЛНЦЕ, СВЯЗАННЫЕ С ЭРУПЦИЕЙ ВОЛОКОН ВНЕ АКТИВНЫХ ОБЛАСТЕЙ:
СОБЫТИЕ 12.09.1999
© 2009 г. И. М. Черток1, В. В. Гречнев2, А. М. Уралов2
1Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова, Троицк, Россия
2Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутск, Россия Поступила в редакцию 2008 г.; принята в печать 02.07.2008 г.
На примере события 12.09.1999 проанализированы крупномасштабные возмущения, связанные с корональными выбросами массы при эрупции волокон вне активных областей. Анализ основан на На-фильтрограммах, изображениях крайнего УФ- и мягкого рентгеновского диапазонов, и данных коронографов. Эрупция волокна происходила в относительно слабых магнитных полях, но сопровождалась более масштабными явлениями, чем вспышечные события. После эрупции в течение нескольких часов развивалась крупномасштабная аркада, основаниями которой были расходящиеся ленты, подобные вспышечным. Объем события был ограничен "волной Е1Т", квазистационарной на солнечной поверхности и расширяющейся над лимбом. Событие не имело импульсной компоненты, поэтому "волна Е1Т" над лимбом — магнитная структура, идентифицированная как фронтальная структура коронального выброса массы, в силу их совпадения по форме, структурным деталям и кинематике. В ареале события наблюдалось три типа диммингов, обусловленных (а) эвакуацией плазмы, (б) нагревом плазмы и ее последующей эвакуацией, (в) поглощением излучения в системе волокон, активизированных эрупцией. Факт возникновения димминга из-за нагрева плазмы был выявлен по данным мягкого рентгеновского диапазона, но он не обнаруживается по четырем каналам Е1Т. Это ставит вопрос о корректности некоторых выводов, сделанных ранее только по данным Е1Т. Обусловленные эрупцией трансформации магнитных полей имели место также в стационарной корональной дыре, примыкавшей к ареалу события. Расширение коронального выброса массы является автомодельным и характеризуется быстро уменьшающимся ускорением, что не учитывается широко используемой полиномиальной аппроксимацией.
РАС Б: 96.60.qf, 96.60.ph
1. ВВЕДЕНИЕ Эрупция крупных корональных выбросов массы (КВМ) на Солнце сопровождается рядом масштабных явлений — диммингами, волнами Морто-на и подобными им корональными возмущениями, постэруптивными аркадами, упирающимися в яркие протяженные ленты, и т.д. (см., например, [1, 2]). Масштабы этих явлений соизмеримы с солнечным радиусом.
Димминги — это области, в которых яркость корональных структур в мягком рентгеновском и крайнем УФ-диапазонах понижается на время от нескольких часов до суток. Они образуются в окрестности центра эрупции при выбросе и могут также наблюдаться на значительной части поверхности Солнца и вблизи нее [3—9]. Первоначально их называли "транзиентными корональными дырами", но последующие исследования показали,
что их природа может быть различной. Стационарные димминги, примыкающие к центру эрупции, предположительно отождествляются с основаниями магнитных структур (жгутов), связанных с КВМ. Понижение яркости в диммингах объясняют уменьшением продольной меры эмиссии н2Ь за счет снижения концентрации плазмы в располагающихся в них корональных структурах. Возможные механизмы — истечение плазмы из раскрывшихся в межпланетное пространство магнитных структур, связанных с КВМ [10, 11], снижение нагрева в верхних частях корональных петель и притока плазмы в их основания снизу [12], расширение не претерпевших эрупции структур, приводящее к уменьшению н2Ь при неизменном количестве частиц в них [13]. Возможно и поглощение излучения в низкотемпературной плазме, поступившей из возмущенного волокна [13]. Первопричина всех
этих возможных процессов — изменение условий в короне в результате выброса.
Волны Мортона наблюдаются на спектрогелио-граммах в линиях На [14] и Не1 Л10830 [15] как дугообразные возмущения, распространяющиеся от центра эрупции со скоростями 550—2500 км/с. Внешне подобные им корональные возмущения в крайнем УФ-диапазоне, а иногда и в мягком рентгеновском диапазоне, наблюдаются как слабо светящиеся фронты, либо распространяющиеся на большие расстояния с меньшими скоростями 250— 800 км/с, либо квазистационарные [3, 16—24]. Эти возмущения наблюдаются как на солнечном диске, так и расширяющимися за его пределы. Обнаруженные при помощи телескопа БОНО/Е1Т, они получили общее название "волн Е1Т", хотя, по-видимому, не все из них являются волнами как таковыми. Разнообразие наблюдательных данных об этих явлениях едва ли допускает возможность их единой интерпретации.
Объяснение приповерхностной "волны Е1Т" как внешней границы расширяющегося основания КВМ было предложено и развито в работах [ 16, 25, 26]. В данной модели "Е1Т волна" — это область пересоединения магнитных потоков КВМ и последовательно раскрывающихся магнитных структур у солнечной поверхности, т.е. она является и внешней границей расширяющегося димминга. В близкой по сути модели [27] используется обменное пересоединение магнитных потоков КВМ с "магнитным ковром" спокойного Солнца. Другие исследователи, опираясь на наблюдаемое в некоторых событиях кинематическое соответствие "волн Е1Т" и волн Мортона, связывают оба типа явлений в таких событиях с единым замедляющимся возмущением, например, корональной взрывной ударной волной [13, 21, 28]. В отдельных случаях расширяющиеся над лимбом "волны Е1Т" были идентифицированы с фронтальными структурами КВМ [12, 29, 30]. Рассматриваются также некоторые комбинации этих вариантов [31, 32]. По-видимому, непосредственной причиной повышенной яркости возмущений волнового характера, наблюдаемых в линиях крайнего УФ-диапазона с относительно узким интервалом температуры, является повышение продольной меры эмиссии в области сжатия. Яркость же мягкого рентгеновского излучения прямо зависит и от концентрации, и от температуры плазмы.
На постэруптивной фазе формируются крупномасштабные аркады и протяженные светящиеся ленты в их основаниях. На этой стадии магнитное поле в обширной области короны, вздыбленное эрупцией КВМ, релаксирует к равновесному состоянию предположительно через магнитное пересоединение в протяженных, высоких токовых слоях.
Различают два класса эруптивных событий, связанных с КВМ: (1) вспышки (и эрупции волокон) в активных областях (АО) и (2) эрупции волокон (протуберанцев) вне АО [33]. Перечисленные крупномасштабные явления анализировались, главным образом, для эрупций в АО, связанных со вспышками. Именно таким событиям посвящено большинство процитированных работ. В то же время крупномасштабные возмущения при эруп-циях вне АО недостаточно изучены. Например, мало что известно о наличии и характере "волн Е1Т" в таких событиях. Отдельные свойства крупномасштабных возмущений при таких эруп-циях исследованы в немногих работах [12, 30, 34—39]. Между тем, анализ крупномасштабных возмущений при эрупциях вне АО важен не только для исследования физических особенностей этого класса явлений. Оба класса эрупций, по-видимому, подчиняются общим закономерностям, и наряду с их различиями, можно ожидать и ряда схожих черт. Представляя эрупцию волокна вне АО как замедленный вспышечно-подобный процесс без импульсной фазы [33], можно надеяться подробно исследовать некоторые процессы, протекающие и в эруптивных вспышках. Кроме того, КВМ, не связанные со вспышками, являются источниками заметных геомагнитных возмущений с индексом Dst до —200 нТл [40]. Поэтому изучение эрупций волокон вне АО и связанных с ними крупномасштабных возмущений важно и для прогнозирования космической погоды.
Нами проведен анализ крупномасштабных возмущений примерно для 100 эрупций вне АО за 1996—2006 гг. В настоящей статье результаты этого анализа и типичные характеристики крупномасштабных явлений представлены на примере хорошо наблюдавшегося в ряде диапазонов излучения события 12.09.1999. В разделе 2 описаны исходные данные и основной метод анализа. В разделах 3—6 рассмотрены обстоятельства эрупции волокна, свойства диммингов, постэруптивной аркады, вспышечно-подобных лент, КВМ и обнаруженного в этом событии коронального возмущения ("волны Е1Т"), которая в данном случае идентифицируется как фронтальная структура КВМ. Раздел 7 посвящен обобщению и обсуждению полученных результатов.
2. ДАННЫЕ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА
При изучении события 12.09.1999 выполнен комплексный анализ разнообразных данных. Фильтрограммы На, полученные в обсерватории Биг-Бэр с интервалом до 30 с и любезно предоставленные В. Юрчишиным, позволили детально проследить эрупцию волокна. Для анализа филь-трограмм необходимы центровка изображений,
вычитание потемнения к краю и дополнительное контрастирование, для чего использовались компьютерные процедуры, имеющиеся в программном комплексе SolarSoft. Большое количество исходных фильтрограмм (свыше 500) при их крупном формате (2032 х 2028 пикс.) потребовало принятия мер для уменьшения времени на обработку.
На первом этапе изображения были уменьшены до формата 256 х 256. С помощью процедуры IDL align_cube (разработчик R. Molowny-Horas) были найдены смещения каждого изображения относительно выбранного опорного. Затем с помощью процедуры background (A. McAllister) найден центр опорного изображения, уменьшенного вдвое, и далее каждое изображение центрировалось с помощью процедуры align_cube c использованием найденных на первом этапе сдвигов, домножен-ных на соответствующий коэффициент. При компоновке фильмов потемнение к краю находилось с помощью процедуры background для каждого 10-го изображения (для экономии времени), а для каждого из приведенных на рис. 1 изображений это сделано индивидуально. Наконец, для повышения контраста изображений использовалась процедура sigrange (W. Thompson).
Важнейшая для нашего исследования информация содержится в данных телескопа крайнего УФ-диапазона SOHO/EIT. Наблюдения на EIT ведутся в канале 195 A (преобладающая линия Fe XII, характеристическая температура 1.3 МК) с интервалом 12 мин. Кроме того, с интервалом 6 ч EIT дает изображе
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.