научная статья по теме СЕРИЯ СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫХ ЭКСТРАБУРЬ МАЯ ОКТЯБРЯ 2000 Г. 3. СПОРАДИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В АО 9077 И ИХ СВЯЗЬ С КРУПНОМАСШТАБНЫМ ОТКРЫТЫМ ПОЛЕМ Геофизика

Текст научной статьи на тему «СЕРИЯ СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫХ ЭКСТРАБУРЬ МАЯ ОКТЯБРЯ 2000 Г. 3. СПОРАДИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В АО 9077 И ИХ СВЯЗЬ С КРУПНОМАСШТАБНЫМ ОТКРЫТЫМ ПОЛЕМ»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 590-596

УДК 523.62-726

СЕРИЯ СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫХ ЭКСТРАБУРЬ МАЯ-ОКТЯБРЯ 2000 г. 3. СПОРАДИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В АО 9077 И ИХ СВЯЗЬ С КРУПНОМАСШТАБНЫМ ОТКРЫТЫМ ПОЛЕМ

© 2004 г. К. Г. Иванов

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН,

Троицк (Московская обл.)

Поступила в редакцию 25.12.2003 г.

Систематизируются известные результаты по магнитным полям и излучениям в АО NOAA 9077 при подготовке, дестабилизации и релаксации спорадических явлений 14 июля 2000 г. Полученный феноменологический сценарий локальных процессов в этой АО сопоставляется с крупномасштабными магнитными и гидродинамическими полями Солнца. Обнаружены: 1) явление "подстройки" нулевой линии продольной компоненты фотосферного магнитного поля АО к конфигурации секторной границы открытого поля Солнца; 2) явление вовлечения АО в совместное с открытым полем квазитвердотельное вращение с выходом из такого режима вращения в день полного завершения эруптивных процессов; 3) возникновение локальной области дестабилизации АО в той ее части, которая испытывала гидродинамический напор со стороны крупномасштабного поля скоростей конвективной зоны. В итоге предлагается "крупномасштабный" (учитывающий указанные связи) сценарий подготовки, дестабилизации и протекания спорадических явлений 14 июля. Сценарий качественно согласуется с новой схемой взаимодействий разномасштабных открытых магнитных полей, в которой допускается конкуренция между гидродинамическими силами, действующими на подфотосферные участки трубок, и надфотосферными силами магнитного отталкивания (включая силы, возникающие при желобовой неустойчивости).

1. ВВЕДЕНИЕ

В предыдущих статьях этого цикла исследовались крупномасштабные открытые магнитные поля Солнца [Иванов и Харшиладзе, 2004] и их связь с группами пятен [Иванов, 2004]. Было показано, что при большом дисбалансе межсекторных распределений магнитного потока может возникнуть секторная граница с квазитвердотельным вращением и крупномасштабные движения групп пятен с ускорением относительно регулярного дифференциального вращения и торможением около этой границы. Эти результаты стали основой концепции, согласно которой взаимодействие в ансамбле трубок открытого поля реализуется через конкуренцию между силами инерции дифференциального вращения, действующими на подфотосферные участки трубок, и надфотосферными силами их взаимного отталкивания.

Цель данной статьи - установить связи крупномасштабного открытого поля с магнитным полем и излучениями в AO NOAA 9077, ответственной за самую сильную бурю из серии экстрабурь мая-октября 2000 г. Мы будем опираться на экспериментальные результаты предыдущих исследований этого уникального события [Deng et al., 2001; Yan et al., 2001; 2001a; Zhang et al., 2001; Ko-sovichev and Zharkova, 2001; Fletcher and Hudson, 2001; Masuda et al., 2001; Aschwander and Alexander, 2001; Tian et al., 2002].

Deng et al. [2001] по векторным наблюдениям фотосферного магнитного поля в АО 9077 получили распределение продольной и горизонтальной компонент магнитной индукции, электрических токов, магнитного шира, спиральности и свободной энергии. Они указали на растяжение фотосферной нулевой линии (NL) продольного поля в подготовительный период, на сильную неоднородность распределения величин вдоль NL и выделили в окрестностях NL три области A, B и C (рис. 1) наиболее существенных изменений этих величин на фазах подготовки, дестабилизации и затухания спорадических явлений. Yan et al. [2001, 2001a] восстановили пространственную конфигурацию магнитного поля в виде магнитного жгута вдоль NL, проследили за его динамикой и показали, что этот жгут на разных фазах эруптивного процесса частично или полностью совпадал с системой петель в На- и UV-излучениях. Они впервые обратили внимание на сильную азимутальную асимметрию явлений 14 июля: выброс волокна и ядро вспышки в На наблюдались соответственно на западной и восточной ветвях NL и сопровождались исчезновением соответствующих фрагментов жгута. Zhang et al. [2001] дали детальное описание эрупции волокна по комплексу наблюдений магнитного поля, На-, UV- и EUV-излучений. Ими составлен список явлений, дающий представление о двухфазной динамике эруптивных процессов в АО 9077: вначале вы-

брос волокна, затем - сильная вспышка с коро-нальным выбросом массы. Особый интерес представляют результаты Zhang et al. [2001] по динамике фотосферных магнитных потоков разных знаков, сильной локальной перестройке NL в окрестности точки начального уярчения системы петель (область A, рис. 1). Tian et al. [2002] показали, что максимумы в распределениях величины горизонтальной компоненты фотосферного поля, магнитного шира и градиента продольной компоненты вначале сместились под волокно, а затем резко уменьшились за два часа до его выброса. Kosovichev and Zharkova [2001] в области A первого уярчения (дестабилизации) аркады по измерениям на MDI (Mikelson Doppler Imager) обнаружили непонятные необратимые уменьшения фотосферного магнитного потока на старте вспышки в мягком рентгене. По их оценке за первые 10 мин вспышки выделилось ~7 х 1029 эрг свободной магнитной энергии. Были обнаружены также обратимые транзиентные вариации фото-сферного поля с сильной азимутальной асимметрией в их появлении (сначала - только на западе, затем - только на востоке). Впечатляющие результаты получены по свечению вспышки в мягком и жестком рентгенах, крайнем и ближнем ультрафиолете [Masuda et al., 2001; Fletcher and Hudson, 2001; Aschawanden and Alexander, 2001]. Все авторы подчеркивают два фундаментальных свойства этой вспышки: во-первых, азимутальную асимметрию вспышки с "зажиганием" петель на западе и последующим распространением свечения на восток; во-вторых, особенности вспышки вдоль крайней восточной ветви NL. Эти особенности состояли, в частности, в том, что именно здесь наблюдалась двухленточная вспышка в жестком рентгене [Masuda et al., 2001], неравновесность магнитных потоков "заметаемых" лентами, необычная мультимасштабная регуляризация границы южной ленты с ходом времени, бифуркация этой границы в крайнем ультрафиолете и, наконец, появление сильных пятен свечения в жестком рентгене в области сильных фотосферных полей к северу от NL [Fletcher and Hudson, 2001]. Заметим, что все последние особенности отнесены [Fletcher and Hudson, 2001] к труднообъяснимым в рамках современных теоретических моделей, требующим развития новых представлений о корональном поле и его связи с фотосферным.

На наш взгляд, цитированные выше результаты нуждаются в дальнейшей систематизации с целью построения единого феноменологического сценария подготовки, возникновения и прохождения спорадических явлений в АО 9077.

В интерпретации этих явлений использованы модели накачки энергии от фотосферы в коро-нальный магнитный жгут [Deng et al., 2001] и токовый слой [Bilenko et al., 2002]. Обе модели позволяют получить запас энергии, сопоставимый с

Рис. 1. Динамика нулевой линии продольной компоненты фотосферного магнитного поля (Deng et al., 2001). A, B, C- области интенсивных изменений поля; стрелка указывает на фрагмент нейтральной линии из работы [Zhang et al., 2001].

энергией вспышки, 1.6 х 1032 и 2 х 1032 эрг соответственно. Сильной стороной модели жгута является то, что жгут действительно восстанавливается по данным измерений фотосферного поля при некоторых предположениях. В то же время не совсем ясна природа и время происхождения жгута. Допущения Yan et al. [2001a], что жгут эжектируется из фотосферы, как это принято в модели Low [1996], и что он возник задолго до вспышки, нуждаются в обосновании и уточнении. Неясно также, почему распределение плазмы вдоль жгута столь неоднородно (на западе - волокно, на востоке - жгут пустой) и почему эруп-тируют только отдельные фрагменты жгута.

В модели токового слоя [Bilenko et al., 2002] при определенных предположениях о структуре и динамике группы пятен в АО 9077 токовый слой возникает под восточной ветвью NL, на высотах, близких тем, которые занимает фрагмент магнитного жгута в работе Yan et al. [2001a]. Выбор между этими моделями остается неясным.

Таким образом, ввиду отсутствия достаточно полного сценария явлений в АО 9077 их интерпретация и моделирование направлены на решение более или менее частных вопросов, остаются полуколичественными и противоречивыми, сталкиваются с вопросами, не имеющими решения в рамках существующих моделей.

На наш взгляд, решение этих проблем лежит в установлении связи быстрых процессов в АО 9077 с медленными процессами в крупномас-

штабном открытом поле и поле скоростей групп пятен. Ниже это подтверждается: систематизацией явлений в АО 9077 с акцентом на их характеристики, перспективные для установления связей с крупномасштабными полями (раздел 2); сопоставлением таких характеристик АО (конфигурация NL, специфика области дестабилизации АО, азимутальная асимметрия АО) с характеристиками крупномасштабных полей (секторной границей открытого магнитного поля, полем скоростей групп пятен вблизи этой границы) в двух последовательных солнечных оборотах (раздел 3). В разделе 4 дано обсуждение полученных результатов.

2. ДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ В АО 9077

Цитированные выше результаты исследований АО 9077 позволяют выделить пять фаз в динамике магнитных полей и излучений: 1) медленная подготовительная, 2) быстрая подготовительная, 3) волоконная, 4) вспышечная, 5) релаксационная. Рассмотрим их подробнее с акцетом на характеристики, перспективные для установления связей с крупномасштабными полями.

2.1. Медленная подготовительная фаза (11 июля 05.35 UT - 13 июля 03.06 UT). Эта фаза определяется по данным о повсеместном росте свободной магнитной энергии, росте длины NL с приобретением ею к концу периода конфигурации с западной и восточной ветвями, почти параллельными друг другу (рис. 1: схема вариаций Nl по данным наблюдений в Deng et al. [2001]). Как показано в разделе 3, эти ветви почти параллельны нулевой линии крупномасштабного открытого поля на поверхности источника (секторная граница), которая занимала такое положение е

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