ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 5, с. 620-623
УДК 537.591.5
НАБЛЮДЕНИЯ ДОЛГОТНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ В СОБЫТИЯХ 2012 г.
© 2015 г. А. Б. Струминский
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований
Российской академии наук, Москва E-mail: astrum@iki.rssi.ru
Рассмотрено долготное распределение интенсивности потока солнечных космических лучей (СКЛ) в ге-лиосфере на разных стадиях мощных протонных событий 2012 года по данным КА SOHO, STEREO-A и B, разделенных ~120° на 1 а. е. Распределение СКЛ в начальной фазе событий соответствует представлениям о важной роли магнитного соединения источника и наблюдателя (приходе протонов от западных, центральных и восточных родительских вспышек). Конвекция СКЛ изменяет соотношение между интенсивностями, наблюдаемыми различными КА, когда структуры, удерживающие СКЛ, достигнут того или иного КА в результате радиального или вращательного движения солнечного ветра. Во время поздней длительной фазы спада интенсивности СКЛ оказываются примерно равными (эффект "резервуара") в точках, разнесенных на 120° (КА STEREO A/В и/или SOHO). Эффект "резервуара" наблюдается не только в области за фронтом ударной волны, а в значительно большей области, что указывает на существенную роль поперечной диффузии в распространении СКЛ.
DOI: 10.7868/S0367676515050403
ВВЕДЕНИЕ
Многообразие временных профилей интенсивности СКЛ, наблюдаемое вблизи Земли, предполагает, что источник СКЛ должен быть протяженным во времени и в пространстве, а в межпланетном пространстве они распространяются преимущественно вдоль силовых линий межпланетного магнитного поля. Эти представления легли в основу "современной парадигмы" происхождения СКЛ (см. обзор [1]). Однако помимо ускорения на широком пространственном фронте ударных волн корональных выбросов массы (КВМ) к таким же наблюдаемым эффектам может привести и ускорение непосредственно во вспышке, если осуществляется эффективный перенос частиц поперек силовых линий магнитного поля в короне или межпланетной среде.
Возрождение интереса к исследованию распространения СКЛ в гелиосфере и их долготного распределения в настоящее время связано с запуском космических аппаратов (КА) 8ТЕИЕО-А/Б в декабре 2006 г, которые удалялись от Земли на запад и восток, осенью 2014 г практически достигли точки, противоположной Земле. Положение КА в гелиосфере, сложившееся в 2012 году, позволило измерить интенсивности СКЛ в гелиосфере на недоступном ранее долготном удалении от линии Солнце—Земля, когда угловое расстояние между КА ВТЕИЕО-А/Б и 8ОИО составляло примерно 120°. Именно в 2012 году произошли самые мощные и интересные протонные события 24-го солнечного цикла. Коротко остановимся на работах последних лет, в которых обсуждается проблема распространения СКЛ в гелиосфере. Выделяются три группы работ: 1) численное
моделирование процессов распространения [2—4]; 2) статистический анализ большого количества событий [5, 6]; 3) детальное исследование отдельных событий [7—9].
Распространение СКЛ в трехмерной гелиосфере от протяженного и неоднородного источника моделировалось в [2] с учетом продольной и поперечной диффузии. Было найдено, что если основание силовой линии КА расположено далеко от источника, тогда наблюдаемый поток СКЛ меньше, а возрастание начинается позже, существует восточно-западная асимметрия временных профилей СКЛ. Если основание силовой линии КА находится далеко от источника, то, согласно расчетам, анизотропия в начале события направлена на Солнце, что подразумевает приход частиц на силовую линию за счет поперечной диффузии. Результаты вычислений [3] показывают, что начало роста интенсивности, время до максимума, величина максимума, а также скорость спада интенсивности и полная длительность события сильно зависят от отношения коэффициентов продольной и поперечной диффузии. Авторы работы [4] разработали численную модель для воспроизведения эффекта "резервуара" [10], которая показывает, что вероятность его наблюдения возрастает с увеличением коэффициента поперечной диффузии.
В работе [5] было проведено статистическое исследование максимальной интенсивности СКЛ, измеренной в 35 событиях 24-го цикла на борту двух и более КА. Целью этого исследования было определение долготного распределения максимальной интенсивности солнечных протонов и электронов в нескольких энергетических диапа-
НАБЛЮДЕНИЯ ДОЛГОТНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ
621
Некоторые характеристики рассматриваемых событий (http://umbra.nascom.nasa.gov/SEP/). Неравенства в первом столбце показывают соотношения между интенсивностями протонов >25 МэВ, наблюдавшимися на КА STEREO-A (A), STEREO-B (B) и SOHO(S)
Солнечное протонное событие КВМ Родительская солнечная вспышка
старт День/UT макс. День/UT pfu 10 МэВ день/UT км/с макс. День/UT балл Рент корд.
Янв. 23/0530 Янв. 24/1530 6310 Гало/230400 Янв. 23/0359 M8.7 N28W36
S > B > A 2175
Янв. 27/1905 Янв. 28/0205 796 Гало/271827 Янв. 27/1837 X1.7 N27W71
S > A > B* 2508
Март 05 <10 Гало/050400 Март 05/0409 X1.1 N17E52
B > S > A 1531
Март 07/0510 Март 13/2045 Гало/070036 Март 07/0024 X5.4 N17E15
6530 2684 07/0114 X1.3 N22E12
B > S > A 07 0130 1825
Март 13/1810 Март 13/2045 469 Март/131736 Март 13/1741 M7.9 N18W62
S > A* > B* 1884
Май 17/0210 Май 17/0430 255 Част. гало/170148 Май 17/0147 M5.1 N12W89
S > A > B* 1582
Май 27/0535 Май 27/1045 14 Гало (асим.) 26 2057 Залимб. >W90
A > S > B* 1966
Июль 17/1715 Июль 18/0600 136 Гало 17 1348 Май 17/1715 M1.7 S28W65
958 19/0558 M7.7 ????
S > A > B* 19 0524 1631
Июль 23/1545 Июль 23/2145 12 Гало (асим) 23 0236 Залимб. >W90
A > B > S 2002
* — показывает отсутствие явного возрастания.
зонах, которое искалось в виде функции Гаусса в зависимости от разницы долгот активной области и основания силовой линии ММП, соединяющей КА и Солнце. Каталог более 200 солнечных протонных событий >25 МэВ, зарегистрированных КА STEREO с октября 2006 г. по декабрь 2013 г., представлен в [6]. Долготная зависимость максимальной интенсивности по данным трех КА для 25 событий, выраженная функцией Гаусса, уменьшается с долготой с а = 47° ± 14° для 0.7—4 МэВ электронови а = 43° ± 13°для 14—24 МэВ протонов.
Для события 21 марта 2011 г. в [7] была проанализирована связь эрупции КВМ c эволюцией волны, видимой в ультрафиолетовом диапазоне, и началом возрастания интенсивности СКЛ по данным STEREO и околоземных КА. Изображения корональных возмущений показывают, что расширение КВМ и ударных волн в стороны может оказать влияние на условия распространения частиц в угле более 90° (угол между STEREO-A и L1). Дре-синг и др. [8] применили две модели для воспроизведения наблюдений в событии 17 января 2010 г. Первая модель рассматривает длительную, пре-
вышающую несколько часов, инжекцию частиц вблизи Солнца, а во второй модели необходимо аномально большое отношение поперечного коэффициента диффузии к продольному. Так как авторам не удалось найти каких-либо свидетельств необычайно длительной инжекции вблизи Солнца, то они рассматривают сценарий развития события с сильной поперечной диффузией как более вероятный. Гигантский и сверх быстрый межпланетный КВМ и протонное событие были зарегистрированы STEREO A 23 июля 2012 [9], эти наблюдения напоминают рекордные события, зарегистрированные ранее — 4 августа 1972 г., 19 октября 1989 г. и 23 марта 1991 г.
Цель настоящей работы — создание качественной модели динамики и пространственного распределения солнечных протонов с энергией >25 МэВ по данным детекторов EPHIN/SOHO (http://www2. physik.uni-kiel.de/SOHO/phpeph/ EPHIN. htm) и HET/STEREO A/B (http://www. srl.caltech. edu/STEREO/Public/HET_pu-blic. html) в мощных протонных событиях 2012 г В таблице представлена информация о рассматриваемых протонных собы-
622
СТРУМИНСКИЙ
(см2 ■ cp ■ c ■ МэВ) 1
10 1 0.1 0.01 1E-3 1E-4
10 1 0.1 0.01 1E-3 1E-4
23 января 2012
27 января 2012
X(HEE) -0.5
7. Mercury
: B A
- , Sun
I Venus
: ф Earth
-1.0 -0.5 0 0.5 1.0 y(HEE)
J_I_I_i_I_I_I_I_I_I_I
24 26 28 30 32 34 Дни 2012
7 марта 2012
13 марта 2012
5 марта 21
X(HEE) 0.5
-1.0-0.5 0 0.5 1.0 y(HEE)
.AJ_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
64 66 68 70 72 74 Дни 2012
10 1 0.1 0.01 1E-3 1E-4 1E-5
27 мая 2012
17 мая 2012
V
y(HEE)
_i_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
138 140 142 144 146 148 Дни 2012
100 10 1 0.1 0.01 1E-3 1E-4
23 июля 2012 ,17 и 19 июля 2012
hffWltr,
-
: B A
7 Sun
:\ ' Mercury
: \ Venus
: Earth
b 1 1 I i 11 11 i 11 i I i 11 i
1.0-0.5 0 0.5
y(HEE)
200 202 204 206 208
Дни 2012
Временные профили интенсивности протонов с энергией 25-41 МэВ EPHIN SOHO (тонкая черная линия), 23.8-26.4 МэВ HET STEREO-A (толстая серая линия) STEREO-B (толстая черная линия) в различные периоды 2012 года. Показано относительное положение КА на 27 января, 7 марта, 17 мая и 23 июля 2012 года (http://stereo-ssc.nascom.nasa.gov/where/).
тиях, их родительских вспышках и КВМ. Далее мы будем ссылаться эти события, используя только число и месяц, без упоминания года.
НАБЛЮДЕНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В результате преимущественного распространения СКЛ вдоль силовых линий межпланетного магнитного поля (ММП) вблизи Земли наблюдается асимметрия восточных и западных солнечных протонных событий (СПС) — эффект "восток—запад". Временные профили интенсивности протонов, пришедших по магнитной силовой линии, соединяющей наблюдателя и источник частиц (западные события), характеризуются быстрыми ростом и спадом интенсивности в невозмущенном солнечном ветре. Восточные и центральные события, в которых нет магнитного соединения источника частиц и наблюдателя, характеризуются задержанным приходом частиц, медленным ростом интенсивности, что связано с распространением СКЛ поперек магнитных силовых линий. Чем меньше угловое расстояние, которое нужно преодолеть поперек силовых линий, тем больше должна быть наблюдаемая интенсивность солнечных протонов. Из девяти событий, которые отождествлены на рисунке и представлены в таблице, в пяти событиях наибольшие инт
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.