ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2013, том 39, № 4, с. 355-366
КОСМИЧЕСКАЯ ПЛАЗМА
УДК 523.985
ПАДЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛНЦА В ДИАПАЗОНЕ ЭНЕРГИЙ ОТ 2 ДО 15 КЭВ И НАГРЕВ СОЛНЕЧНОЙ КОРОНЫ
© 2013 г. И. К. Мирзоева
Институт космических исследований РАН, Москва, Россия е-тай:со1отЬо2006@тай.гы
Поступила в редакцию 06.03.2012 г. Окончательный вариант получен 28.06.2012 г.
По данным проекта ЯНЕ881 в мягкой компоненте рентгеновского излучения Солнца исследованы энергетический спектр временных профилей вспышек малой мощности и структура излучения теплового фона солнечной короны за январь—февраль 2003 г. Обнаружено падение интенсивности рентгеновского излучения солнечных событий и теплового фона короны в диапазоне энергий от 2 до 15 кэВ. Проведен сравнительный анализ данных проекта КНЕ$$1 с данными проекта "Интербол—Хвостовой зонд". На основе полученных результатов предложен новый механизм нагрева солнечной короны.
Б01: 10.7868/80367292113040082
1. ВВЕДЕНИЕ
Увеличение возможностей наблюдений, которое связано с развитием экспериментальной базы и с улучшением точности измерений, привело к значительному росту интереса к изучению солнечных событий малой мощности и спокойного Солнца. В частности, рентгеновский спектрометр ЯНЕ881 [1] дает возможность исследовать излучение солнечных вспышек малой мощности с высокой степенью разрешения в широком диапазоне энергий, а так же исследовать тепловой фон солнечной короны.
Миссия ЯНЕ881 состоит из единственного спутника, выведенного ракетой-носителем "Пегас" 5 февраля 2002 г. на низковысотную экваториальную орбиту с углом склонения 38° к экватору Земли. Низковысотная экваториальная орбита выбрана с целью минимизировать повреждение германиевых датчиков от заряженных частиц в радиационных поясах Земли.
На борту установлен спектрометр, способный получать изображения солнечных вспышек в рентгеновском и гамма-диапазонах. В спектрометре использованы вольфрамовые и молибденовые сетки, которые модулируют поток солнечного рентгена, а так же германиевые датчики для измерения энергии каждого фотона. Спутник стабилизирован вращением ~15 об/мин и обеспечивает получение до 20 изображений в секунду. Спектроскопия с высокой разрешающей способностью достигается 9 германиевыми детектора-
ми, регистрирующими рентгеновское и гамма-излучение в широком энергетическом диапазоне от 3 кэВ до 20 МэВ. Энергетическое разрешение в 1 кэВ позволяет подробно изучать особенности рентгеновского и гамма-излучения Солнца.
В работе проведено исследование энергетического спектра временных профилей рентгеновских событий в диапазоне энергий от 2 до 15 кэВ по данным проекта ЯНЕ881 [1]. Так же изучены особенности теплового рентгеновского фона солнечной короны при отсутствии нестационарных солнечных событий. Проведен сравнительный анализ данных, полученных в эксперименте ЯНЕ881 с данными, полученными в проекте "Интербол—Хвостовой зонд". Предложен механизм нагрева солнечной короны, учитывающий частичное поглощение потока электромагнитного излучения, исходящего с поверхности Солнца плазмой солнечной короны в узких полосках рентгеновского спектра.
2. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Рассмотрим серию микровспышек, зарегистрированных рентгеновским спектрометром ЯНЕ881 [1] 1 января 2003 г. с 03:15иТ до 10:00ЦТ Микровспышки зарегистрированы в мягком рентгеновском диапазоне 3—9 кэВ. При анализе излучения этих микровспышек диапазон 3—9 кэВ был разбит на 6 поддиапазонов с шагом 1 кэВ, что позволило наблюдать тонкую структуру времен-
МИРЗОЕВА ЯНЕББ! скорость счета
250 -
200 Ь
| I50
8
100
4-5 кэВ
5-6 кэВ
50
6-7 кэВ 3-4 кэВ
7-8 кэВ
8-9 кэВ
0
" 6-7 кэВ Г 3-4 кэВ
| 7-8 кэВ 8-9 кэВ
03:16
03:18 03:20
время иТ
03:22
Рис. 1. Микровспышка, зарегистрированная ЯНЕ881 01.01.2003 г. с началом в 03:15 ИТ, максимумом в 03:17 ИТ, окончанием в 03:22 ИТ.
ных профилей рентгеновских вспышек малой мощности. На рис. 1-5 представлена тонкая структура временных профилей микровспышек.
Во всех случаях наблюдалось резкое падение интенсивности рентгеновского излучения микровспышек в канале 3-4 кэВ по сравнению с другими энергетическими каналами. В событиях, представленных на рис. 1-5 так же наблюдалось небольшое падение интенсивности в максимуме в канале 4-5 кэВ по сравнению с максимальной интенсивностью в канале 5-6 кэВ. В событии 01.01.2003 г., представленном на рис. 1, с началом в 03:15 ИТ, максимумом в 03:17 ИТ, окончанием в 03:22 ИТ наблюдалось падение интенсивности рентгеновской компоненты 4-5 кэВ. Компонента 5-6 кэВ на рис. 1 имела максимум на отсчете 200-250 имп/с, а компонента 4-5 кэВ имела максимум на отсчете 150-200 имп/с. Однако в собы-
тии 01.01.2003 г., представленном на рис. 2, с началом в 03:39 ИТ, максимумом 03:42 ИТ и окончанием в 03:50 ИТ такого падения не наблюдалось, а было зафиксировано практически синхронное поведение компонент 4-5 и 5-6 кэВ. Их максимум лежит в районе 130 имп/с. Таким образом, в течение достаточно короткого временного отрезка (17 с), равном разнице между концом события, представленном на рис. 1 и началом события, представленном на рис. 2 наблюдался сдвиг в интенсивности рентгеновского излучения событий малой мощности, проявившийся в некотором восстановлении интенсивности компоненты 45 кэВ по отношению к компоненте 5-6 кэВ. При этом, обращает на себя внимание тот факт, что резко упавшая по сравнению с остальными интенсивность компоненты 3-4 кэВ, наблюдавшая-
ЯНЕ881 скорость счета
150 г
100 -
с
5-6 кэВ
50
6-7 кэВ
3-4 кэВ
7-8 кэВ
8-9 кэВ
0
03:40 03:42
03:44 03:46 03:48 время ИТ
3-4 кэВ 6-7 кэВ
8-9 кэВ
03:50
Рис. 2. Микровспышка, зарегистрированная ЯНЕ881 01.01.2003 г. с началом в 03:39 ИТ, максимумом 03:42 ИТ и окончанием в 03:50 ИТ
ся в событии, представленном на рис. 1 так и не восстановилась.
Данный факт позволяет нам сделать вывод об отсутствии в этом явлении приборного эффекта или эффектов, связанных с вращением космического аппарата вокруг своей оси и вокруг Земли. В противном случае, все компоненты выделенных нами поддиапазонов с интервалом в 1 кэВ вели бы себя синхронно по изменению интенсивности или с определенной, четко прослеживающейся периодичностью во времени: ни того, ни другого в данном случае не наблюдалось.
Далее рассмотрим микровспышки, зарегистрированные спектрометром ЯНЕ881 в разные числа февраля 2003 г. и в разное время. Начнем с 2 февраля 2003 г. На рис. 6 представлена микровспышка, рентгеновское излучение которой носит явно тепловое происхождение. Микро-
вспышка имеет начало в 16:22, широкий максимум с 16:25 до 16:26 и окончание в 16:27. В этом событии наблюдается падение интенсивности в компоненте 3-4 кэВ до уровня отсчета почти в 40 имп/с и стандартное распределение интенсив-ностей по другим компонентам.
Рассмотрим еще одно событие, полученное по данным ЯНЕ881 за 2 февраля 2003 г. На рис. 7 представлена микровспышка с началом в 23:06 ИТ, максимумом в 23:08 ИТ и окончанием в 23:09ИТ Здесь так же наблюдается падение интенсивности в компоненте 3-4 кэВ до уровня в 50 имп/с, а так же падение интенсивности в компоненте 4-5 кэВ по отношению к компонентам 5-6 кэВ и 6-7 кэВ, что само по себе является не характерным для микровспышек столь малой интенсивности. Поток рентгеновского излучения в максимуме в данном событии не превышает
4-5 кэВ
4-5 кэВ
5-6 кэВ
7-8 кэВ
80
ЯНЕ881 скорость счета
60
§ 40
8
4-5 кэВ
20
5-6 кэВ
6-7 кэВ 3-4 кэВ
7-8 кэВ
8-9 кэВ
0
05:06
5-6 кэВ
3-4 кэВ
6-7 кэВ 8-9 кэВ
7-8 кэВ
05:08 05:10 05:12
время иТ
05:14
05:16
Рис. 3. Микровспышка, зарегистрированная ЯНЕ881 01.01.2003 г. с началом в 05:06 ИТ, максимумом 05:10 ИТ и окончанием 05:16 ИТ.
190 имп/с при среднем значении фонового излучения в 50 имп/с.
При иной ситуации, на аномально высоком рентгеновском фоне как при наличии солнечных событий большой мощности, так и при их отсутствии в большинстве случаев существенного падения интенсивности рентгеновского потока в младших энергетических каналах не обнаруживается. Однако при отборе данных, в которых отсутствуют солнечные события большой мощности, отсутствует аномально повышенный рентгеновский фон, вызванный как крупными вспышками, так и наличием горячей активной области, можно наблюдать нетипичное поведение интенсивности рентгеновских временных профилей. Такое поведение - падение интенсивности рентгеновского потока в младших каналах энергетического спектра. При дальнейшем изучении этого явления будем руководствоваться приведенным выше принципом отбора данных.
Рассмотрим ряд случаев, когда на спокойном Солнце наблюдался рентгеновский тепловой фон с минимальным количеством микровспышек малой мощности, либо полное отсутствие нестационарных солнечных явлений. На рис. 8 приведены данные, зарегистрированные спектрометром ЯНЕ881 6 января 2003 г. за период с 04:23ИТ по 04:26ИТ. Для подробного изучения интенсивности рентгеновского фона опять было сделано разбиение энергетического диапазона 3-9 кэВ с шагом 1 кэВ. Данные взяты за короткий промежуток времени 3 минуты, поэтому временные профили выглядят несколько "растянутыми". Наблюдался низкий тепловой фон со средней интенсивностью около 200-150 имп/с в компонентах 4-5 и 5-6 кэВ. Компоненты 6-7, 7-8, 8-9 кэВ имели, как и следовало ожидать, средние интенсивности меньше 100 имп/с. Однако компонента 3-4 кэВ, которая должна была бы иметь среднюю интенсивность также не менее 200 имп/с, имела сред-
4-5 кэВ
падение интенсивности рентгеновского излучения солнца
359
50
40 -
30 -
к
м
а
20
6-7 кэВ
3-4 кэВ 10
5-6 кэВ
4-5 кэВ
7-8 кэВ
8-9 кэВ
г
ЯНЕББХ скорость счета
15 - 6 к
6 - 7 кэВ
5-6 кэВ
Р
• 6-7 кэВ 3-4 кэВ
м
1_, 4-5 кэВ I 1 М \ I I н
8-9 кэВ
У
п
7-8 кэВ
Г
4-5 кэВ
II
5-6 кэВ
гЛ
6-7 кэВ
I П
7-8 кэВ
8-9 кэВ 1 I 114-1 п
3-4 кэВ
_ 3-4 кэВ 8-9 кэВ 1-Н У У 7-8 кэВ
Пп Г
,5,-6 к,э.В
4-5 кэВ
и
6-7 кэВ
8-9 кэВ
41°
7-8 кэВ
И
п
6-7 кэВ
1_
3-4 кэВ
8-9 кэВ
7-8 кэВ
№
5-6 кэВ
8-9 кэВ
09:51:30 09:52:00 09:52:30 09:53:00 09:53:30 09:54:00 время ИТ
Рис. 4. Микровспышка, зарегистрированная ЯНЕ881 01.01.2003 г. с началом в 09:51 ИТ, м
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.