научная статья по теме НАБЛЮДЕНИЯ ВЫБРОСОВ КОРОНАЛЬНОЙ МАССЫ МЕТОДОМ МЕЖПЛАНЕТНЫХ МЕРЦАНИЙ ВБЛИЗИ МАКСИМУМА 24-ГО ЦИКЛА СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ Астрономия

Текст научной статьи на тему «НАБЛЮДЕНИЯ ВЫБРОСОВ КОРОНАЛЬНОЙ МАССЫ МЕТОДОМ МЕЖПЛАНЕТНЫХ МЕРЦАНИЙ ВБЛИЗИ МАКСИМУМА 24-ГО ЦИКЛА СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ»

УДК 523.62-726+523.985-423.4

НАБЛЮДЕНИЯ ВЫБРОСОВ КОРОНАЛЬНОЙ МАССЫ МЕТОДОМ МЕЖПЛАНЕТНЫХ МЕРЦАНИЙ ВБЛИЗИ МАКСИМУМА 24-ГО ЦИКЛА СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ

2015 г. А. В. Глянцев, С. А. Тюльбашев*, И. В. Чашей, В. И. Шишов

Пущинская радиоастрономическая обсерватория им. В.В. Виткевича Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Пущино Московской обл., Россия Поступила в редакцию 27.06.2014 г.; принята в печать 09.07.2014 г.

Получены оценки средних скоростей выбросов корональной массы, зафиксированных в 2011—2012 гг. по наблюдениям межпланетных мерцаний. Наблюдения проведены на радиотелескопе БСА ФИАН на частоте 111 МГц. Средняя скорость оценивалась по интервалу времени между рентгеновской вспышкой, ассоциированной с рождением коронального выброса массы, и всплеском мерцаний. Показано, что оценка средней скорости выброса между короной и областью, зондируемой по мерцаниям на элонгациях 40°—50°, оказывается близкой к средней скорости выброса между короной и Землей. В половине всех рассмотренных случаев точность оценки прихода возмущения на Землю составляла несколько часов. Показано, что скорости выбросов, оцененные по запаздыванию усиления мерцаний по отношению к рентгеновским вспышкам, значительно ближе к истинным, чем скорости, найденные по ширине временных спектров мерцаний.

DOI: 10.7868/80004629915010053

1. ВВЕДЕНИЕ

Как известно, выбросы корональной массы (CME — coronal mass ejections) — это выбросы вещества, связанные с активными процессами в солнечной короне. Скорость CME может быть оценена различными способами. В оптическом диапазоне — по данным наземных и космических коронографов [1, 2]. Наблюдения короны в рентгеновском диапазоне позволяют оценить скорость плазмоида, ассоциированного с СМЕ [3]. Однако наблюдения короны позволяют оценивать скорость СМЕ лишь вблизи Солнца. Наблюдения СМЕ на космическом аппарате STEREO позволяют увидеть распространение возмущения в динамике [4]. Скорость CME вблизи орбиты Земли может быть непосредственно измерена космическим аппаратом как скорость частиц межпланетной плазмы [5—7]. Однако для сильных возмущений нужно учитывать специфику работы приборов в условиях крайне неоднородной и нестационарной плазмы [7].

В радиодиапазоне скорость CME может быть определена по всплескам уровня мерцаний многих мерцающих источников [8, 9]. Если CME распространяется перпендикулярно к лучу зрения на радиоисточник, скорость может быть определена

E-mail: serg@prao.ru

по спектру мощности межпланетных мерцаний [10]. Однако в остальных случаях оценка скорости по спектру мощности мерцаний дает заниженные результаты [11]. Из данных наблюдений следует, что выбросы замедляются при удалении от Солнца, причем темп замедления тем выше, чем больше первоначальная скорость выброса [8, 9].

Средняя скорость СМЕ, достигшего Земли, может быть оценена по промежутку времени между его рождением и приходом на Землю. Момент рождения СМЕ может быть определен по моменту ассоциированной с СМЕ солнечной вспышки или по наблюдениям коронографов. Момент прихода СМЕ на Землю может быть оценен по возмущению геомагнитного поля. В настоящей работе несколькими способами оценивается скорость 9 СМЕ, обнаруженных в 2011—2012 гг. по наблюдениям межпланетных мерцаний [12]. Такая задача имеет существенное значение для определения возможностей краткосрочного прогноза прихода возмущений к Земле.

2. НАБЛЮДЕНИЯ И ОБРАБОТКА

Наблюдения межпланетных мерцаний в режиме мониторинга проводились на радиотелескопе БСА ФИАН на частоте 111 МГц. Диаграмма направленности антенны имеет 16 лучей, перекрывающих

область склонений от 17.5° до 25°. Диаграмма направленности неподвижна относительно Земли, и сканирование наблюдаемой площадки происходит за счет суточного вращения. Диаграмма направленности БСА ФИАН установлена на меридиан места, поэтому источник проходит через максимум диаграммы направленности в момент кульминации [13]. Постоянная времени составляла 0.1 с, полоса приема — 600 кГц. Ниже приведены результаты анализа данных для периода с июля 2011 г. по июнь 2012 г.

Из всех возмущений, зафиксированных с июля

2011 г. по июнь 2012 г., в данной работе рассматриваются события, которые были зарегистрированы одновременно по вспышке на Солнце, по мерцаниям и по изменению геомагнитного индекса Dst. Событий со статусом "надежные", согласно работе [12], оказалось 10, и они, за исключением 2 событий, удовлетворяли следующим критериям:

— не менее чем у 5 источников с элонгациями 30°—80° индекс мерцаний возрос в 1.5 и более раз,

— всплеску мерцаний предшествовала вспышка в рентгеновском диапазоне класса не ниже М1.0,

— за всплеском мерцаний следовало падение Dst-индекса до —50 нТл или ниже.

Использованные критерии позволили отобрать возмущения, которые достигли Земли, а также определить моменты их рождения (по рентгеновским вспышкам) и прихода на Землю (по падениям Dst). Нижняя граница элонгаций в 30° была выбрана для того, чтобы источник заведомо находился в режиме слабых мерцаний. Для источников с элонгациями более 80° прицельная точка находится менее чем в 0.17 а.е. от Земли. На столь малых расстояниях даже небольшая ошибка в оценке скорости может привести к серьезной ошибке в прогнозе прихода выброса на Землю.

К анализу было привлечено также возмущение 26—30 декабря 2011 г. Индекс Dst упал 30 декабря лишь до —25 нТл, но наличие вспышки класса M2.3 26 декабря и всплеска мерцаний у 10 источников 30 декабря свидетельствует о том, что это падение также связано с CME. Для события 13—16 марта

2012 г. за вспышками класса М7.9 13 марта и М2.8

14 марта последовало падение Dst до —74 нТл

15 марта. Однако всплеск мерцаний у 9 источников был зарегистрирован через 11 — 14 ч после минимума Dst. При этом элонгации мерцающих источников составляли 30° —40°. Этот всплеск мерцаний не мог быть вызван выбросом, пришедшим в район Земли 15 марта, и он не может быть использован для оценки его скорости. Природа этого всплеска мерцаний требует дополнительного исследования. Таким образом, ниже определяются скорости для 9 событий.

Анализ всех событий 2011—2012 гг., связанных со вспышками на Солнце, которые сопровождались резким увеличением индекса мерцаний и уменьшением геомагнитного индекса Dst, а также методика отбора мерцающих источников, расчета индекса мерцаний и др. описаны в работе [12].

Скорость возмущения определялась тремя способами. Во-первых, скорость оценивалась по формуле

1 а.е.

•'mean — , ,7 )

^Earth ^Sun

где Vmean — средняя скорость возмущения, определенная в предположении, что возмущение распространяется по линии Солнце—Земля. В других случаях Vmean будет являться нижней оценкой скорости возмущения. Величина tSun — момент рождения СМЕ, ¿Earth — момент прихода CME на Землю. За момент рождения СМЕ принимался момент кульминации вспышки в рентгеновском диапазоне [14], за момент прихода CME на Землю — момент минимума резкого уменьшения геомагнитного индекса Dst [15].

Во-вторых, скорость оценивалась по моменту кульминации источника, показавшего всплеск мерцаний. Если в наблюдениях проявляется всплеск мерцаний, вызванный CME, значит на момент наблюдения источника (т.е. на момент его кульминации) возмущение достигло луча зрения на источник. Минимальное расстояние, которое оно должно было для этого пройти, равно 1 a.e. х sin е (рис. 1). Поэтому скорость CME можно оценить снизу как

V > Vx-sc = 1 a.e. х sinе/t, (2)

где V — средняя скорость возмущения между короной и лучом зрения, Vx-sc ("X-ray — scintillation") — нижняя оценка скорости возмущения, е — элонгация источника, показавшего всплеск мерцаний, t = tsc — tSun — промежуток времени между рождением CME и кульминацией источника. Такие оценки скорости возмущения делались по каждому источнику, показавшему всплеск мерцаний на элонгациях от 30° до 80°.

В-третьих, скорость оценивалась по спектру мощности мерцаний. Согласно работе [16], скорость движения модулирующих радиоизлучение неоднородностей для сферически-симметричной геометрии может быть определена по формуле

Vspectr = 0.96/о(пА cos eR)1/2, (3)

где 0.96 — безразмерный коэффициент, /0 — характерная частота излома спектра, А — длина волны, на которой проходили наблюдения, е — элонгация источника, R — расстояние от Земли до Солнца. Вид спектра мощности и методика определения характерной частоты излома спектра проиллюстрированы на рис. 2.

Радиоисточник

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая взаимное расположение Земли, Солнца и радиоисточника; е — элонгация источника, О — прицельная точка.

/, Гц

Рис. 2. Пример спектра мощности межпланетных мерцаний. По оси абсцисс отложена частота, по оси ординат — спектральная плотность мощности (обе шкалы в логарифмическом масштабе); /0 — характерная частота излома спектра. Возрастание спектральной плотности на частотах ниже 0.1 Гц обусловлено влиянием ионосферы (ионосферные мерцания).

3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

Рассмотрим всплеск мерцаний 5 августа 2011 г. На рис. 3 показано положение на небе источников, у которых индекс мерцаний увеличился в 1.5 и более раза.

Из рисунка видно, что картина усиления мерцаний несимметрична. Все источники, показавшие всплеск мерцаний, расположены по одну сторону от Солнца по прямому восхождению. Такая асимметрия наблюдалась для всех рассмотренных событий, кроме 21—24 октября 2011 г., 7—9 марта 2012 г. и 9—12 июня 2012 г. Вероятнее всего,

такая картина говорит о несимметричном относительно линии Солнце—Земля выбросе корональной массы. Для любых источников из наблюдаемой площадки, лежащих по одну сторону от Солнца (по прямому восхождению), при изменении элонгации от 30° до 80° множитель 1/t в формуле (2) меняется незначительно, поэтому зависимость оценки Vx-sc от элонгации близка к функции sin е. Увеличение индекса мерцаний происходило, как правило, на элонгациях 30° — 60°, а функция y = sinе на этом участке близка к линейной (рис. 4.). Для источников, у которых всплеск мерцаний произошел

Склонение

Рис.3. Распределение источников, показавших всплеск мерцаний 5 августа 2011 г., по наблюдаемой площадке. Большим кружком отмечено положение Солн

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.

Показать целиком