ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 3, с. 309-316
УДК 523.94:523.98
ПОЯС СТРИМЕРОВ В КОРОНЕ СОЛНЦА И НА ОРБИТЕ ЗЕМЛИ
© 2007 г. М. В. Еселевич, В. Г. Еселевич
Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск e-mail: esel@iszf.irk.ru Поступила в редакцию 13.10.2005 г. После доработки 25.01.2006 г.
Показано, что поперечное сечение пояса стримеров в короне и его продолжения в гелиосфере - ге-лиосферного плазменного слоя (ГПС) имеет вид двух радиально ориентированных близко расположенных (на расстоянии d ~ 2.0-2.5° в гелиоцентрической системе координат) лучей повышенной и в общем случае различной концентрации. Угловые размеры лучей ~d. Нейтральная линия в короне и связанная с ней на орбите Земли секторная граница, располагаются между пиками концентраций этих двух лучей. В событиях, в которых правильная секторная граница совпадает с гелиосферным токовым слоем, поперечная структура пояса стримеров в гелиосфере (или структура ГПС) является квазистационарной, т.е. она мало меняется при движении солнечного ветра от Солнца к Земле, как минимум, в 50% случаев. Высказана гипотеза о том, что вероятным местом возникновения медленного солнечного ветра, текущего в лучах повышенной концентрации пояса стримеров, является не вершина шлема, как предполагается в работе [Wang, Y.-M. et al., Geophys. Res. V. 105. P.25, 133. 2000], а поверхность Солнца.
PACS: 96.60:Pb
1. ВВЕДЕНИЕ
Пояс стримеров в короне представляет собой волнообразную поверхность толщиной А, равной примерно нескольким градусам (в гелиоцентрической системе координат), в которой течет "медленный" солнечный ветер повышенной концентрации. Поперечное сечение этого слоя плоскостью неба при наблюдении в белом свете выглядит как яркий радиально ориентированный луч, основанием которого является система ярких арочных структур или "шлем". Вершина шлема располагается на расстоянии R ~ (2.5-3.5)R0 от центра Солнца (R0 - радиус Солнца). Внутри пояса существует тонкая поверхность гелиосферного токового слоя (ГТС), толщиной 5 <§ А. ГтС разделяет области с противоположными знаками радиальной компоненты магнитного поля. Это означает, что в поперечном сечении ГТС плоскостью неба существует линия, на которой радиальная компонента магнитного поля равна нулю. Ее называет нейтральная линия (НЛ).
Волнообразная поверхность пояса охватывает Солнце, обычно пересекая плоскость солнечного экватора два или четыре раза [Schwenn and Marsch, 1990]. На орбите Земли пересечения ГТС с плоскостью эклиптики регистрируются как секторные границы межпланетного магнитного поля (ММП), которые проявляются в изменении азимутального угла Ф ММП от ~135° до ~315° [Kor-zhov, 1977]. Впервые методом наложения эпох в работе [Borrini et al., 1981] было показано, что на орбите Земли секторная граница (или ГТС) встроена внутрь узкого пика концентрации, величина
которого, согласно [Eselevich and Fainshtein, 1992], Nmax > 10 cm-3. Для определенности в дальнейшем, согласно [Bavassano et al., 1997; Wang et al., 1998; Lacombe et al., 2000], будем называть область пика концентрации с Nmax > 10 cm-3 [Eselevich and Fainshtein, 1992; Eselevich V. and Eselevich M., 2003] со встроенным в него ГТС на орбите Земли, гелиосферным плазменным слоем (ГПС). Отметим, что в работах [Crooker et al., 2004а, Crooker et al., 20046; Winterhalter et al., 1994] даются несколько другие определения ГПС. Кроме того, мы не будем рассматривать вопрос о существовании менее плотного "гало" шириной 15°-20°, в которое, согласно [Bavassano et al., 1997; Wang et al., 1998], возможно, встроен ГПС. При этом будут исследоваться участки ГПС в отсутствие корональных выбросов масс или спокойный ГПС [Иванов, 1992].
Одними из главных вопросов в исследовании медленного солнечного ветра в поясе стримеров на данном этапе являются два следующих:
- Какова структура (распределение концентрации плазмы) пояса стримеров в короне и гелиосфере?
- Сохраняется ли эта структура при движении солнечного ветра от Солнца до Земли, т.е. является ли она квазистационарной?
К настоящему времени сформировалось две альтернативные точки зрения по этому вопросу:
1. Поперечное сечение пояса стримеров в гелиосфере (или ГПС) представляет собой узкий (с угловым размером ~2°-3°) пик концентрации плазмы со встроенным ГТС и является достаточно устойчи-
вой структурой на всем протяжении от Солнца до Земли [Borrini et al., 1981]; Bavassano et al., 197; La-combe et al., 2000].
2. Пояс стримеров в короне и гелиосфере является динамической структурой, а именно: вдоль этого узкого слоя (с угловым размером менее 5°) происходит почти непрерывная инжекция вещества из вершины шлема (или "каспа") в направлении от Солнца [Wang et al., 2000].
Было высказано предположение [Wang et al., 1998; Wang et al., 2000] о том, что эти выбросы есть результат пересоединения открытых и замкнутых силовых линий магнитного поля в вершине шлема, а движущаяся вдоль них плазма черпается из замкнутых магнитных трубок шлема в моменты пересоединения. [Crooker et al., 2004а], анализируя участки ГПС, которые характеризуются высокими значениями параметрами бета (отношение газокинетического давления к давлению магнитного поля), также пришли к выводу о высокой степени изменчивости некоторых участков ГПС на временных масштабах от минут до нескольких часов. При этом авторы работ [Crooker et al., 2004а; Crooker et al., 20046] использовали для определения положения ГТС одновременно два метода: 1) изменение знака азимутального угла Ф межпланетного магнитного поля (ММП); 2) наличие потока сверхтепловых электронов, который всегда направлен вдоль магнитного поля от Солнца. При этом положения ГТС, определенные по потоку сверхтепловых электронов, они назвали "правильной секторной границей", в отличие от секторной границы, определяемой обычно по изменению знака ММП (и ряда других признаков) [Crooker et al., 2004а]. Их исследования показали, что определенные этими двумя способами положения ГТС часто не совпадают даже в тех случаях, когда отсутствуют крупные межпланетные корональные выбросы массы (ICME). Так, в работе [Crooker et al., 2004а] из 52 правильных секторных границ для 17 (33%) отсутствовали изменения знака азимутального угла ММП (или ГТС). Причина таких несовпадений интерпретировалась как прохождение вдоль пояса стримеров и ГПС магнитных петель от Солнца, приход которых на орбиту Земли вызывает появления новых и изменение положения ранее существовавших токовых слоев, а значит, и секторных границ [Crooker et al., 20046]. Возникает вопрос о том, сохраняются ли профили концентрации плазмы при движении солнечного ветра от Солнца до Земли в остальных 35 событиях с правильными секторными границами, положение которых совпадает с изменением знака азимутального угла ММП, то есть являются ли они квазистационарными образованиями? Какова в этих событиях структура, а точнее - профили концентрации в ГПС, включающие в себя секторную границу? Выяснение этих вопросов является целью настоящей работы.
2. ДАННЫЕ И МЕТОД ИХ АНАЛИЗА
Исходными данными при анализе служили:
1) Изображения в белом свете короны Солнца, полученные на коронографе LASCO-C2 космического аппарата "SOHO", который дает изображения белой короны на участке R = (2-6)R0. Использовались калиброванные изображения с уровнем обработки L 1, в которых значения яркости P даны в единицах Pmsb - средней яркости диска Солнца (solar brightness). (web.site, http://lasco-www.nrl.navvy.mil/lz-data/),
2). Данные по солнечному ветру с космического аппарата "WIND" (web. site, http://nssdc.gs-fc.nasa.vog/omniweb/).
В основу анализа были положены результаты исследований по структуре пояса корональных стримеров, полученные нами в последние годы. В этих работах [Eselevich V. and Eselevich M., 2003; Еселевич M. и Еселевич В., 2005], в частности, было показано, что пояс стримеров на расстояниях R > (3-4)R0 представляет собой последовательность, скорее всего, пар лучей повышенной яркости (концентрации плазмы или два параллельных близко расположенных ряда лучей) (рис. 1). Минимальный угловой размер отдельного луча d ~ 2-3°. Значения максимумов концентрации плазмы в лучах каждой пары в общем случае могут заметно различаться, а направление магнитного поля в них противоположное, т.е. нейтральная поверхность (ее любое поперечное сечение есть НЛ) радиальной компоненты магнитного поля Солнца проходит вдоль пояса между лучами каждой из пар (см. рис. 1(1)). Если такая структура квазистационарная, то она будет регистрироваться на орбите Земли. На рис. 2а и б схематически показаны предполагаемые структуры поперечного сечения ГПС на 1 AE плоскостью, перпендикулярной к эклиптике, в двух предельных случаях, когда ГПС почти перпендикулярен (левая панель) и почти параллелен плоскости эклиптики (правая панель).
Для анализа были взяты 35 правильных секторных границ из работы [Crooker et al., 2004а], положение которых совпадает с изменением знака азимутального угла ММП, зарегистрированным на КА "WIND". Из них были исключены события, в которых: - есть влияние ударной волны (события 02.01.1995, 28.01.1995); - неопределенность момента появления истинной секторной границы превышает сутки (события 04.03.1995, 08.06.1995); - пик концентрации превышает 45 см-3 (события 26.03.1995, 02.05.195, 12.05.1995, 16.05.1995, 19.06.1995). Эти исключения сделаны для того, чтобы, по возможности, убрать события, в которых имеется влияние сжатия плазмы из-за взаимодействия медленного и быстрого солнечного ветра; - имеется в течение времени менее суток несколько правильных секторных границ, из которых трудно выбрать истин-
Солнце
II
Нейтральная линия
Сечение АА
Магнитные
силовые
линии
Сечение АА
Поверхность Солнца
Рис. 1. Схемы: I - пространственной лучевой структуры пояса корональных стримеров, II - поперечного сечения (АА) пояса стримеров. В темных лучах верхнего ряда пояса стримеров магнитное поле направлено от Солнца (+), в светлых лучах нижнего ряда - поле к Солнцу (-). Нейтральная линия между лучами (сплошная линия). На правой схеме буквой А отмечена вершина шлема.
б
©\® А©
о©© © ©
© ©■©
Рис. 2. Схема поп
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.