КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2014, том 52, № 1, с. 3-16
УДК 523.985
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ АКТИВНЫХ ОБЛАСТЕЙ НА СОЛНЦЕ ПЕРЕД БОЛЬШИМИ ВСПЫШКАМИ КЛАССА Х: АНАЛИЗ ДАННЫХ РАДИОТЕЛЕСКОПА РАТАН-600 И КОСМИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ БВО © 2014 г. В. Е. Абрамов-Максимов1, В. Н. Боровик1, Л. В. Опейкина2, А. Г. Тлатов1
1 Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН, г. Санкт-Петербург 2 Специальная астрофизическая обсерватория РАН, г. Нижний Архыз beam@gao.spb.ru, vnborovik@mail.ru, lvo@sao.ru, tlatov@mail.ru Поступила в редакцию 22.03.2013 г.
Проведен комплексный анализ эволюции пяти активных областей на Солнце, в которых в 2011— 2012 гг. произошли большие рентгеновские вспышки класса Х. Радиоизлучение активных областей исследовалось на основе ежедневных многоволновых наблюдений Солнца на радиотелескопе РАТАН-600 в диапазоне 1.6—8.0 см. Показано, что, как и в исследованных ранее на РАТАН-600 эруптивных событиях, за 1—2 дня (в отдельных случаях за 14—17 часов) до сильной вспышки в структуре микроволнового излучения активной области регистрировалось развитие источника над нейтральной линией фотосферного магнитного поля над областью максимального сближения полей противоположного знака. В большинстве случаев этот источник становился доминирующей компонентой в микроволновом излучении активной области перед вспышкой.
Одновременно проведенный анализ магнитографических измерений тех же активных областей по данным космической обсерватории 8БО показал, что развитие вспышек класса Х происходит при достаточно высоких уровнях магнитного потока в группах пятен (Г ~ 1022 Мкс) и резком росте градиента потока (О ~ 20 ■ 1020 Мкс/град), отражающего геометрическое сближение пятен с противоположной полярностью магнитного поля. Полученные результаты могут быть использованы для разработки методов прогноза больших вспышек на Солнце.
Б01: 10.7868/80023420614010014
1. ВВЕДЕНИЕ
Мощные вспышки на Солнце — наиболее энергичные проявления солнечной активности, воздействующие на околоземное космическое пространство и земную атмосферу. Актуальной задачей является разработка методов прогноза больших вспышек, основанных на выявлении признаков их подготовки в различных диапазонах излучения Солнца. Наиболее эффективно солнечная активность проявляется в короне Солнца, где накапливается и высвобождается энергия в магнитном поле активных областей (АО), генерируется коротковолновое электромагнитное излучение, формируются и ускоряются потоки частиц, зарождаются СМЕ и ударные волны. Активные события в короне на фоне солнечного диска возможно наблюдать независимо от погодных условий в радиоизлучении и с бортов космических обсерваторий в рентгеновском и УФ диапазонах.
Ранее полученные результаты по разработке методов прогнозирования мощных вспышек, основанные как на магнитографических исследованиях развития активных областей, так и на радио-
астрономических наблюдениях, представлены, например, в работах [9, 4, 12].
Цель настоящей работы: а) выявление признаков подготовки больших вспышек в микроволновом диапазоне на основе регулярных многоволновых наблюдений Солнца на радиотелескопе РАТАН-600 с высоким пространственным разрешением в диапазоне 1.6—8 см; б) магнитографические исследования тех же активных областей на основе данных космической обсерватории SDO (Solar Dynamics Observatory), обеспечивающей с апреля 2010 г. непрерывные наблюдения Солнца в континууме, с регистрацией интенсивности магнитного поля и скорости вдоль луча зрения с пространственным разрешением 0.5 угл. сек и временным разрешением 45 сек [21].
По данным спутника GOES в 2011 г. на Солнце было зарегистрировано восемь рентгеновских вспышек класса Х. В данной работе исследуется эволюция и микроволновое излучение четырех активных областей (NOAA 11158, 11166, 11263, 11283), в которых вспышки класса Х произошли 15.II, 9.III, 9.VIII, 6 и 7.IX.2011 соответственно. Развитие активной области NOAA 11302 перед вспышками Х1.4 и Х1.9 (22 и 24.IX.2011) не уда-
лось исследовать, т.к. Х-вспышки произошли, когда область находилась вблизи восточного лимба Солнца. Радиоизлучение области NOAA 11339 перед вспышкой Х1.9 (3.XI.2011) не изучено из-за отсутствия в этот период наблюдений Солнца на РАТАН-600. Исследована также область NOAA 11520, в которой 12.VII.2012 произошла вспышка Х1.4.
Предварительные результаты исследования микроволнового излучения областей NOAA 11158, 11166, 11263, 11283 перед Х-вспышками приведены в работе [14].
2. НАБЛЮДЕНИЯ НА РАДИОТЕЛЕСКОПЕ РАТАН-600
В рассматриваемые периоды (2011—2012 гг.) ежедневные наблюдения Солнца на РАТАН-600 выполнялись на южном секторе радиотелескопа, работавшем в комбинации с плоским перископическим зеркалом [13] как пассажный инструмент. Наблюдения проводились в меридиане (~09 UT), а в некоторых случаях в дополнительных азимутах. При прохождении Солнца (вследствие суточного движения) через неподвижную ножевую диаграмму направленности антенны регистрировалось его радиоизлучение одновременно на большом числе волн в диапазоне 1.6—8.0 см в интенсивности и круговой поляризации (параметры Стокса I и V). Размер диаграммы направленности антенны составлял 17'' х 13' на волне 2 см. В наблюдениях использовался новый спектрально-поляризационный комплекс [2].
Обработка данных проводилась с помощью пакета программ [8], который реализует методику обработки полученных на РАТАН-600 сканов Солнца, изложенную в работе [1]. Калибровка потоков радиоисточников, выделенных на одномерных сканах Солнца, производилась по наблюдениям Крабовидной туманности, потоки которой известны.
2.1. Вспышка Х2.215.II.2011 в активной области NOAA 11158. Исследуемая вспышка была первой вспышкой класса Х на фазе роста 24 цикла солнечной активности, исследованной с помощью данных, полученных на космической обсерватории SDO.
Анализу эволюции активной области NOAA 11158 перед вспышкой Х2.2 и развитию самой вспышки по наблюдениям в различных энергетических диапазонах посвящен ряд работ (см., например, [10, 11, 16, 18, 19, 20, 27] и ссылки, приведенные в этих работах).
АО 11158 появилась (emerged) на диске 10.II.2011 и быстро развивалась. Когда группа пятен приблизилась к центральной части диска Солнца 13.II.2011, ее площадь превосходила 600 м.д.п. К этому времени активная область
представляла собой сложный магнитный комплекс фу8-конфигурация), образовавшийся в результате всплывания новых магнитных полей, сдвиговых и вращательных движений пятен, сближения полей противоположной магнитной полярности. За период с 12 по 16.II.2011 в этой группе произошло 40 вспышек класса С, четыре вспышки класса М и одна вспышка класса Х, а именно: М6.6 (17.28 - 13.II), Х2.2 (01.44 - 15.II), М1.0 (01.32 - 16.II), M1.1 (07.35 - 16.II) и M1.6 (14.19 - 16.II).
Вспышка Х2.2 сопровождалась корональным выбросом массы (СМЕ), вылетевшим в сторону Земли и зарегистрированным LASCO/C2 [27]. Перед вспышкой в мягком рентгеновском и EUV излучении регистрировалась сигмоидная форма ко-рональных петель вдоль нейтральной линии фо-тосферного магнитного поля, что является свидетельством образования магнитного жгута и предпосылкой эруптивного процесса. На изображениях в белом свете (SDO) вспышка имела типичную двухленточную структуру. Ленты располагались по обе стороны от нейтральной линии магнитного поля на фотосфере [20]. Результаты исследования 3-D магнитной структуры АО 11158 перед вспышками Х2.2 и М 6.6, приведенные в работе [18], показали, что перед обеими вспышками наблюдалась сильная скрученность (twist) магнитных силовых линий, причем перед вспышкой Х2.2 она была значительно сильнее, чем перед вспышкой М6.6.
Вспышка Х2.2 15.II.2011 примечательна тем, что она вызвала мощный гелиосейсмический отклик - "солнцетрясение" (sunquake) [19]. На изображении АО 11158 за 15.II.2011 (рис. 1а) крестиками отмечены два участка на фотосфере, где были зарегистрированы наиболее мощные толчки (impacts) вспышки Х2.2 (согласно рис. 1, приведенному в работе [19]). При этом центром "солнцетрясения" явился "impact 1" на периферии полутени центрального пятна в умеренном магнитном поле ~400 Гс, в отличие от более сильного "impact 2", зарегистрированного вблизи нейтральной линии, где напряженность магнитного поля в пятне составляла ~2000 Гс.
Эволюция АО 11158 перед большими вспышками М6.6 и Х2.2 за период 12—15.II.2011 представлена на рис.1а, где для 12.II.2011 даны изображение активной области в континууме и магнитограмма (SDO/HMI) и для 13-15.II.2011 даны изображения АО в белом свете (SDO/AIA) и магнитограммы по данным GONG (Big Bear Solar Observatory). Наибольшее сближение фотосфер-ных магнитных полей противоположной полярности наблюдалось 14.II.2011, за день до вспышки Х2.2 [19, 27].
На рис. 1а также показана эволюция микроволнового излучения АО 11158 перед вспышками
(а)
2 3 4 5 6
X, см
Рис. 1. (а) — фрагменты сканов Солнца в канале интенсивности на ряде волн сантиметрового диапазона (длины волн приведены в левом верхнем углу рисунка) за 12-15.II.2011, отождествленные с АО 11158. Сканы расположены в порядке возрастания длин волн снизу вверх. Вертикальные отрезки справа от сканов показывают масштаб по оси ординат (антенная температура в Кельвинах). На сканах за 14.II буквой "Р" показана новая компонента в радиоизлучении центральной части АО; (б) — спектры плотности потока источника микроволнового излучения над центральной частью группы пятен по наблюдениям 12-15.II. Данные за 13-15.II взяты из [16].
М6.6 и Х2.2. Приведены фрагменты сканов Солнца, полученных на РАТАН-600 (интенсивность, параметр Стокса I) на нескольких волнах диапазона 1.6—3.5 см, которые совмещены по координатам с изображениями АО и магнитограммами.
Благоприятное расположение растянутой вдоль экватора группы в центральной части диска Солнца позволило надежно отождествить отдельные компоненты микроволнового излучения с участками области. На радиосканах Солнца, по-
лученных на РАТАН-600 12.II.2011 (за 32 часа до вспышки М6.6), выделяется слабый источник микроволнового излучения над всей активной областью, центр тяжести излучения которого отождествляется с линией раздела фот
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.