ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 40, № 7, с. 498-508
УДК 523.98
НАБЛЮДЕНИЕ УДАРНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ЛИНИИ На В СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШКАХ
© 2014 г. Н. М. Фирстова*, В. И. Поляков, А. В. Фирстова
Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск
Поступила в редакцию 05.11.2013 г.
Представлены результаты исследования ударной линейной поляризации 32 солнечных вспышек рентгеновских классов С, М и Х (две вспышки), наблюдавшихся на Большом солнечном вакуумном телескопе. Оказалось, что свидетельства ударной поляризации имеют место только в 13 из них. Вновь полученные данные подтвердили, что величина линейных параметров Стокса в основном составляет 2—7%, а пространственные размеры узлов вспышки с ненулевыми значениями параметров Стокса невелики (1—2"). Наибольший интерес представляют две особенности проявления ударной поляризации во вспышках, полученные в результате этих исследований: 1) в двух подножиях одной вспышечной петли или аркады петель поведение и профилей интенсивности линии На, и профилей параметров Стокса различно; 2) по линии На впервые обнаружено изменение знака параметра Стокса не только поперек вспышечной ленты, но и с глубиной хромосферы.
Ключевые слова: Солнце, спектрофотометрия, поляризация, вспышки.
DOI: 10.7868/80320010814070031
ВВЕДЕНИЕ
Пучки ускоренных частиц, возникающие в результате процесса высвобождения энергии в солнечных вспышках, внедряясь в хромосферные слои, при столкновительном возбуждении атомов водорода могут вызвать ударную поляризацию спектральных линий. Следовательно, наблюдения ударной поляризации водородных линий являются независимым способом исследования механизмов нагрева хромосферы во время солнечных вспышек. Кроме того, поскольку степень и ориентация поляризации зависят от природы и энергии частиц, воздействующих на излучающий атом, то по данным наблюдений может быть оценена роль конкретных частиц в нагреве хромосферы. Поэтому даже в названиях некоторых работ упоминается "ударная линейная поляризация как диагностика механизмов переноса энергии частицами" (Эну, Семел, 1981; Эну, Шамбе, 1990; Флетчер, Браун, 1995).
Серьезное осложнение при наблюдении ударной линейной поляризации во вспышках связано с небольшой продолжительностью этого явления. Все механизмы, гипотетически способные привести к возникновению ударной поляризации, по-видимому, имеют даже меньшую продолжитель-
Электронный адрес: first@iszf.irk.ru
ность, чем вспышка, и происходят в самом ее начале.
Так, Бианда и др. (2005) не обнаружили ни одного случая существования ударной линейной поляризации, хотя наблюдения проводились в 30 вспышках, среди которых были вспышки на лимбе (правда, слабые) и вспышки высокого рентгеновского класса Х (правда, в центре солнечного диска, где наблюдения ударной поляризации затруднительны).
Первые успешные наблюдения ударной поляризации в солнечных вспышках были опубликованы Эну и Семелом (1981). Наблюдения проводились с использованием фильтра Лио (полоса пропускания в линии На 0.75 Л) и анализатора линейной поляризации. Во вспышке балла 1В, наблюдавшейся 17 мая 1980 г. на фазе затухания, они наблюдали линейную поляризацию со степенью 1—3%, направленную радиально.
Наблюдения линейной поляризации проводились также в Крымской астрофизической обсерватории. Наблюдения с анализатором линейной поляризации на Башенном солнечном телескопе и на Большом коронографе Крымской обсерватории позволили Бабину и Коваль получить свидетельства линейной поляризации в шести вспышках (1981, 1983—1985). Характерной особенно-
стью этих данных было обнаружение асимметричной картины поляризации в линии водорода.
Во вспышке 15 июля 1980 г. по наблюдениям в линии SI 1437 A Эну и др. (1983) была обнаружена линейная поляризация с направлением электрического вектора на центр диска. Степень поляризации в нескольких ярких вспышечных узлах во время излучения мягкого рентгена доходила до 25% при отношении сигнал/ шум, равном 2.9%.
В работе Эну и др. (1990) представлены наблюдения линейной поляризации в некоторых областях трех солнечных вспышек, которые наблюдались в один день 11 июля 1982 г. Степень поляризации, интегрированная по 10-мин интервалу наблюдения, составила P & 2.5%. Направление поляризации радиальное.
Результаты наблюдений вспышек 17 июля 1982 г. и 20 июня 1989 г. обсуждались в работах Вогта и Эну (1996, 1999) и Эмсли и др. (2000). Степень поляризации во вспышке 1982 г., интегрированная по 10-мин интервалу наблюдения, составила P & 5%. Однако на некоторых участках при интегрировании по 1 -мин степень поляризации достигала 15%. Наблюдения линейной поляризации во вспышке 20 июня 1989 г. были сопоставлены с данными излучения 7-лучей и жестких рентгеновских лучей. Было проведено обсуждение процессов, приведших к возникновению ударной поляризации в этой вспышке.
Практически во всех перечисленных случаях наблюдения проводились с помощью поляриметра, настроенного на центр линии На. Первые наблюдения ударной поляризации с использованием франко-итальянского телескопа THEMIS, позволяющего получать параметры Стокса I, Q и U одновременно в нескольких спектральных линиях, опубликованы в работе Эну и Карлицкого (2003). В указанной статье представлены основные характеристики поляризации (интенсивность, степень поляризации, ориентация электрического вектора) линий На и Нв в начале взрывной фазы вспышки 19 июля 2000 г. во время максимума мягких рентгеновских лучей.
По наблюдениям на THEMIS спектрополяри-метрическим методом во вспышке 15 июня 2001 г. во время фазы повышения эмиссии мягкого рентгена M6.3 была обнаружена линейная поляризация линий Ha, Hp и MgI 5528 A (Ксу и др., 2005, 2006). Поляризация этих трех линий была расположена на краях эмиссионных ядер вспышки. Максимальная степень поляризации линий Ha и H^ достигла 4—6%, для линии MgI—3.5%. Полученную ударную поляризацию авторы объясняли бомбардировкой хромосферы пучками протонов во время вспышек. Всего Эну с соавторами наблюдали ударную поляризацию в девяти солнечных вспышках.
Следует также отметить высокоточные поляризационные наблюдения Ханаоки (2003) в слабой вспышке, где степень линейной поляризации немногим превысила 1%, и ориентация поляризации была приблизительно перпендикулярна лентам вспышки. Этот результат интерпретируется автором как свидетельство ударной поляризации под воздействием пучка протонов на атомы водорода во время вспышки.
Мы также проводили спектро-поляриметриче-ские наблюдения солнечных вспышек на Большом солнечном вакуумном телескопе (БСВТ) с целью изучения ударной линейной поляризации. Начиная с 1996 г., наши наблюдения проводились с помощью CCD-камеры (512 х 512) производства Princeton Instruments. Слежение за процессом вспышки осуществлялось визуально по изображению Солнца, отраженному от зеркальной щели через интерференционно-поляризационный фильтр в линии На с полосой пропускания 0.5 A. До 2008 г. были проведены исследования ударной поляризации в восьми солнечных вспышках (подробнее см. ниже). Еще 24 вспышки, более слабые, до сих пор не были обработаны.
В 2008 г. для спектро-поляриметрических наблюдений на БСВТ была установлена камера FliGrab (2048 х 2048). Ее размер (D = 8 см) позволил использовать второе камерное зеркало для работы в двух спектральных областях. Это дало возможность одновременно получать четыре спектра: два спектра — в двух порядках или в двух спектральных линиях, каждый из которых разлагается на обыкновенный и необыкновенный лучи. При этом для слежения за процессом вспышки стали использовать CCD-камеру производства Princeton Instruments, установленную за интерференционно-поляризационным фильтром (ИПФ). Таким образом, начался качественно новый этап изучения ударной поляризации на БСВТ.
Настоящая работа посвящена анализу наблюдений на БСВТ ударной линейной поляризации за период с начала наблюдений до 2008 г.
Во Введении мы перечислили все наблюдения ударной линейной поляризации в солнечных вспышках, кроме собственных, в следующем разделе описан метод наблюдения ударной линейной поляризации водородных линий на БСВТ. Далее описываются проблемы, возникающие при наблюдении ударной поляризации, а затем приводятся результаты обработки наблюдений ударной поляризации во всех вспышках за период с начала наблюдения до 2008 г. В конце статьи рассмотрены характерные особенности профилей линии На и параметров Стокса на примере протонной вспышки 23 июля 2002 г. и сделаны краткие выводы.
МЕТОД НАБЛЮДЕНИЯ УДАРНОЙ
ЛИНЕЙНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ НА БСВТ
Теоретическое пространственное разрешение БСВТ составляет 0.3" (Скоморовский, Фирстова, 1996), в зависимости от атмосферных условий эта величина в реальности колеблется в пределах 0.5—2". Размер изображения Солнца на щели спектрографа составляет 400 мм; следовательно, 1 мм на щели соответствует ^5". Ширина щели при исследовании вспышек была равна 0.35".
За щелью спектрографа установлен ромбоэдр, разводящий обыкновенный и необыкновенный лучи и позволяющий одновременно регистрировать солнечный спектр в двух взаимно ортогональных поляризациях. Во время наблюдений на щель спектрографа помещались наиболее интересные (часто просто более яркие) участки вспышки, и производилось несколько экспозиций поочередно для двух положений Л/2 пластинки (0° и 22.5°). В первом случае определялся параметр Стокса Q. При этом в верхней полоске спектра регистрировалось излучение, поляризованное вдоль щели спектрографа, а в нижней — перпендикулярное (вдоль дисперсии). При положении Л/2 пластинки 22.5° в верхней и нижней полосках спектра излучение было поляризовано соответственно под углами ±45° (параметр Стокса U). Обычно временной интервал между спектрограммами (нечетными для определения параметра Q и четными — для определения U) составлял 6—10 с.
При регистрации спектров с помощью ПЗС-камеры (512 х 512) производства Princeton Instruments в одном пикселе ПЗС-камеры содержится 0.17" и 0.0197 À.
Параметры Стокса определялись по нормированной интенсивности линии в двух ортогонально поляризованных лучах Д и I2:
Q/I, U/I =
h/he -h!he.
h! he + h! he
(1)
где Ik — интенсивность линии в первой и вто
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.