научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ДЛИННОВОЛНОВЫХ РАДИОВСПЛЕСКОВ ОТ СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК, ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ МОЩНЫМ ГЕОМАГНИТНЫМ БУРЯМ Космические исследования

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ДЛИННОВОЛНОВЫХ РАДИОВСПЛЕСКОВ ОТ СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК, ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ МОЩНЫМ ГЕОМАГНИТНЫМ БУРЯМ»

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.

Показать целиком