КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2009, том 47, № 1, с. 17-24
УДК 523.32+550.383
ОСОБЕННОСТИ ДЛИННОВОЛНОВЫХ РАДИОВСПЛЕСКОВ ОТ СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК, ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ МОЩНЫМ
ГЕОМАГНИТНЫМ БУРЯМ
© 2009 г. В. С. Прокудина1, В. Н. Курильчик1, Ю. И. Ермолаев2, К. Кудела3, М. Сливка3
Государственный астрономический институт имени П К. Штернберга МГУ 2Институт космических исследований РАН, г. Москва 3Институт Экспериментальной Физики Словацкой Академии Наук, Кошице, Словакия
Поступила в редакцию 14.05.2007 г.
В работе анализируются радиовсплески в диапазоне частот 100-1500 кГц, зарегистрированные в 1997-2000 гг. на ИСЗ ИНТЕРБОЛ-1 во время солнечных вспышек, предшествующих мощным геомагнитным бурям с Dst < -100 нТ. Наблюдаемые длинноволновые радиовсплески III типа солнечного происхождения на частотах 1460 кГц и 780 кГц отличались большой величиной потока Sf = 10-15-10-17 Вт/м2 Гц и продолжительностью не менее 10 мин. Быстрый частотный дрейф модулированного всплеска продолжался до частоты 250 кГц, что свидетельствовало о распространении возбуждающего агента (пучка энергичных электронов) от Солнца к Земле. Для всех таких вспышек было характерно появление корональных выбросов массы типа гало, наблюдаемых на LASCO/SOHO и наличие южной В2-компоненты межпланетного магнитного поля, измеренного на КА АСЕ и WIND. Кроме того, вскоре после радиовсплеска на ИСЗ ИНТЕРБОЛ-1 регистрировались потоки энергичных электронов с Е > 40 кэВ.
PACS: 96.50.Vv; 96.50.Qx
ВВЕДЕНИЕ
Изучение солнечных активных явлений, предшествующих сильным магнитосферным возмущениям, представляет большой теоретический и практический интерес. Анализу геоэффективности солнечных событий посвящено большое количество исследований, в которых изучаются различные аспекты солнечно-земных связей. Вопросы происхождения, развития и прогнозирования геомагнитных бурь детально обсуждаются во многих публикациях (см., например, обзоры [1-5] и ссылки в них)
Прямые измерения в межпланетной среде показали, что геомагнитные бури связаны в основном с ориентацией межпланетного магнитного поля (ММП) в южном направлении, т.е. с Bz < 0 [6, 7]. В обычном квазистационарном солнечном ветре вектор магнитного поля расположен в плоскости эклиптики, и такой ветер не содержит значительной и длительной В2-компоненты ММП, достаточной для возбуждения магнитной бури. Только некоторые возмущенные типы течений солнечного ветра, прежде всего такие, как магнитные облака (МС- magnetic cloud) и ICME, являющиеся продолжением в межпланетной среде корональных выбросов на Солнце (СМЕ) а также CIR (corotating interaction region-области сжатия на границе медленного и быстрого потока солнечного ветра из корональной дыры) могут содержать большую и длительную В2-компоненту
ММП, в том числе и южной ориентации, которая приводит к развитию магнитной бури [8-15]. Данные наблюдений, связанных с СЖ, нами не рассматриваются, и мы анализируем только последовательность событий СМЕ-магнитное облако -геомагнитная буря. Данный вопрос с точки зрения геоэффективности солнечных событий является весьма важным и широко обсуждается в литературе.
Для сильных солнечных вспышек наблюдается хорошая корреляция между вспышками и СМЕ [16]. Геоэффективность СМЕ, направленных к Земле, детально исследуется в ряде работ [см. 13, 9, 14, 17]. В частности, в работе [18] особо подчеркивается, что интенсивность магнитной бури зависит от наличия быстрого коронального тран-зиента типа гало и присутствия южной компоненты Вг < 0, как уже упоминалось выше. Кроме того, было замечено, что СМЕ, сопровождаемые всплесками II типа, могут оказаться геоэффективными [19].
Однако, как показывают статистические исследования, геоэффективность (т.е. корреляция с магнитными бурями) как для вспышек, так и корональных выбросов массы типа гало невысока и не превышает 50% см. [9, 14, 20, 21]. Поэтому в ряде работ рассматриваются дополнительные параметры, используя которые можно было бы улучшить прогноз геомагнитных бурь.
Для уточнения прогноза геомагнитных бурь, помимо свойств солнечного ветра и коронально-го транзиента типа гало, предлагается учитывать поток солнечных протонов с Ö > 10 МэВ, при этом вероятность появления мощной геомагнитной бури увеличивается до 85% [22].
В работе [9, 23] также утверждается, что дополнительный учет прихода энергичных протонов к Земле увеличивает надежность предсказания и может быть использован в качестве предвестника магнитной бури.
С прогностической точки зрения интересен вывод о том, что усиление потока энергичных ионов (протонов), наблюдаемых в либрационной точке L1 на EPAM/ACE в солнечном ветре может быть также предвестником геомагнитной бури за несколько часов до ее начала [24].
Известно, что возмущения в межпланетной среде, распространяющиеся к Земле, определяются солнечными вспышками. Как правило, мощные геомагнитные бури связаны с хромо-сферными вспышками, для которых характерно большое энерговыделение в различных энергетических диапазонах, если судить по потокам рентгеновского, микроволнового и оптического излучения, а также потокам энергичных частиц.
При изучении геоэффективности солнечных вспышек длинноволновые радивсплески солнечного происхождения представляет особый интерес, так как электроны с энергией Ö > 40-60 кэВ, ускоренные во взрывной фазе вспышки, распространяются вдоль открытых магнитных силовых линий и генерируют на плазменной частоте в межпланетной среде всплески гектометрового радиоизлучения на расстояниях от r > 8 Rs (Rs- радиус Солнца), вплоть до орбиты Земли [25] .
Анализ результатов наблюдения гектометро-вых радиовсплесков за длительный период приводится в ряде работ (см., например, [26]).
В частности, свойства гектометровых радиовсплесков III типа и их связь с электронными событиями обсуждаются в обзоре [27].
Известно, что потоки энергичных частиц, генерирующих радиоизлучение, распространяются вдоль линий ММП по спирали Паркера и наблюдаются у Земли с запаздыванием в десятки минут, относительно основной фазы вспышки, в то время, как потоки солнечной плазмы в солнечном ветре, обусловливающие развитие геомагнитной бури, распространяются с СМЕ, МС и ударной волной практически радиально и приходят к Земле за время 2-5 суток. Поэтому представляется важным анализировать гектометровые радиовсплески, наблюдаемые у Земли, как возможные предвестники геомагнитной бури.
Целью нашего исследования является изучение особенностей длинноволновых радиовсплес-
ков, наблюдаемых со спутников, с точки зрения геоэффективности солнечных вспышек.
АНАЛИЗ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Нами изучались радиовсплески в диапазоне частот 100-1500 кГц, зарегистрированные на ИСЗ ИНТ0РБОЛ-1 в течение 1997-2000 гг. во время мощных солнечных вспышек. Наблюдения радиоизлучения проводились с помощью многоканального радиометра АКР-Х в частотных каналах 1501, 1463, 749, 500, 252 и 100 кГц. Порог чувствительности приемника соответствовал потоку Sf = 10-19 Вт/м2 Гц. Всплески наибольшей мощности имели значения порядка 10-15-10-16 Вт/м2 Гц. Некоторые из наиболее характерных радиовсплесков приводятся в [28].
В данной работе нами анализировались радиовсплески III типа, для которых характерен быстрый дрейф по частоте. Для иллюстрации в качестве примера на рис. 1а, 16 приведены временные профили всплесков III типа для событий 14.УП.2000.г. (а) и 3.V.1998 г. (б).
Амплитуда потока на всех частотах была модулирована с периодом Т = 120 с, что обусловлено изменением ориентации прибора из-за вращения спутника относительно его оси, ориентированной на Солнце. Наличие модуляции для всплесков III типа означает, что источник радиоизлучения имеет конечные размеры и смещается со скоростью дрейфа, а следовательно, отражает движение возмущающего агента (пучок энергичных электронов), генерирующего радиовсплеск в межпланетной среде. Характерно, что модуляция амплитуды у большинства всплесков наблюдается вплоть до 252 кГц, и что важно отметить, во все этих событиях регистрируются энергичные электроны.
Из всех зарегистрированных всплесков нами были выделены наиболее мощные по амплитуде и продолжительные по времени, и которые были сопоставлены с солнечными вспышками. Как правило, эти всплески отождествляются с вспышками балла Х и М, расположенными преимущественно к западу от центрального меридиана.
Далее с целью выявить особенности длинноволновых всплесков во время геоэффективных вспышек были выделены события на Солнце, предшествующие развитию мощных геомагнитных бурь. Нами были отобраны геомагнитные бури со значениями параметра Dst от -67 нТ до -320 нТ. Известно, что такие мощные бури наблюдаются не часто и составляют примерно 7% от общего количества геомагнитных бурь [9].
Перечень анализируемых нами событий представлен в таблице. Здесь содержатся данные о наблюдаемых на ИСЗ ИНТ0РБОЛ-1 длинноволновых радиовсплесках. Данные для хромосферных
Таблица
Я
О
О
Радиовсплески 1460 кГц Вспышки Радио/СМЕ Геомагнитная буря АСЕ/\¥Ш Б
Дата ит ^ А нач' Ь, т сИ, мин Вт/м Гц Балл координаты. №АО ит Ь, т Тип Дата А* нТ ар вг 11 +IV электроны
1. 4.Х1.97 6.Х1.97 05.57 11.53 18 19 8 • Ю-17 5 • Ю-16 Х2.1/2В Х9.4/2В 148,ЪУМ 8100 188,631№ 8100 05.58 11.55 II, IV IV + + 6.Х1.97 -110 45 -11 + + + +
2. 2.У.98 3.У.98 6.У.98 13.38 21.18 08.04 20 18 >20 ю-15 ю-17 ю-16 Х1.1/ЗВ М 1.4/1В Х2.7/Ш 15Б, 8210 15Б, 2Ш 8210 Ш,651№ 8210 13.42 21.18 08.09 IV IV III,IV ++ + 4.У.98 5.У.98 9.У.98 -205 -138 -67 101 -35 -6 + + + + +/+ +/+
3. 24.VIII.98 22.05 25 з • ю-17 Х1/ЗВ 30ГчГ,7Б 8307 22.12 II,III,IV + 26.VIII.98 -155 144 -15
4. 23.IX.98 22.46 07.02 5 4 ю-16 2 • Ю-18 С2.2 М7/ЗВ Ш,4\У 8340 1814, 9Б 8340 22.46 07.13 II, IV III, IV + + 25.IX.98 -233 167 -18 + +
5. 20.Х.99 09.27 05.56 6 16 ю-17 ю-17 М 1.7Д7 Ш, 78Б 8739 10N,48W 8731 09.29 06.02 III II,III + 22.Х.99 -220 144 -27 +
6. 8.П.00 9.П.00 08.52 19.30 20 10 ю-16 6 • ю-17 М1.3/1В С 7.4/2Г 2514,26Б 8858 Ш, 40W 8853 08.58 19.39 II,III + + 10-16.11.00 (12.П-тах) -109 52 -18
7. 4.IV.00 15.17 16.38 2 5 ю-16 ю-17 С9.7/Б 6Ы,66У/ 8933 15.34 IV + 6-9.IV.00 -320 150 -28 + +
8. 23.У.00 06.03 12.46 20.42 20 14 13 8 • 10"16 6 • ю-16 8 • Ю-1
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.