научная статья по теме СОЛНЕЧНЫЕ СОБЫТИЯ МАЛОЙ МОЩНОСТИ Физика

Текст научной статьи на тему «СОЛНЕЧНЫЕ СОБЫТИЯ МАЛОЙ МОЩНОСТИ»

ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2014, том 40, № 10, с. 903-919

КОСМИЧЕСКАЯ ПЛАЗМА

УДК 553.9

СОЛНЕЧНЫЕ СОБЫТИЯ МАЛОЙ МОЩНОСТИ © 2014 г. И. К. Мирзоева

Институт космических исследований РАН, Москва, Россия e-mail: colombo2006@mail.ru Поступила в редакцию 13.02.2014 г.

В рамках проекта "Интербол—Хвостовой зонд" с помощью детектора рентгеновского излучения РФ-15И-2 изучались всплески мягкой компоненты рентгеновского излучения Солнца. Исследованы микровспышки малой мощности за период с сентября по декабрь 1995 г. Зарегистрированы слабые всплески с мощностью менее 10-8 Вт/м2. Все данные подтверждены в проекте GOES. Получены характеристики этих микровспышек. Рассмотрен физический механизм солнечного вспышечного события малой мощности. Получены кривые распределения числа микровспышек в зависимости от их мощности. Сделан вывод о нарушении степенного закона в распределении солнечных вспышек по энерговыделению. Обнаружен нижний предел в распределении солнечных вспышек по энерговыделениям. Этот вывод подтвержден по данным проекта RHESSI. Выявлены корреляции среднесуточных значений максимумов потоков рентгеновских всплесков микровспышек разных классов с величинами среднесуточных значений теплового фона солнечной короны.

DOI: 10.7868/S0367292114100072

1. ВВЕДЕНИЕ

Подавляющее количество работ по изучению солнечных вспышек посвящено крупным солнечным событиям. В основном это связано с возможностями наблюдений. В последнее время экспериментальные возможности по изучению более мелких солнечных событий значительно возросли.

Напомним, что солнечным событием малой мощности принято считать события с общим энерговыделением до 1027 эрг, в том числе, солнечной вспышкой малой мощности можно считать солнечные события с максимумом мощности рентгеновского всплеска <10-7 Вт/м2 — класс А по классификации GOES.

С 1969 года и по настоящее время принята классификация солнечных вспышек по мощности потока рентгеновского излучения вспышки (мощность всплеска в максимуме), достигающего земной орбиты. Мощность потока рентгеновского излучения вспышки измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2). Ниже приведена табл. 1 современной классификации солнечных вспышек в рентгеновском диапазоне 2—15 кэВ.

Данная шкала была применена в проекте GOES в середине 80-х гг. и успешно используется до сих пор [1].

Как видно из табл. 1, самыми малыми солнечными событиями считаются вспышки класса А с потоком рентгеновского излучения в максимуме 10-8—10-7 Вт/м2. Такие солнечные вспышки в большинстве случаев регистрируются в области

мягкого рентгена, т.е. в области энергий 2— 15 кэВ.

В работе [2] были исследованы рентгеновские вспышки малых энергий в области рентгеновского спектра от 3 до 12 кэВ. Исследование велось спектрометром ЯИБ881, предназначенным для регистрации низкоэнергичного диапазона рентгеновского излучения Солнца и построения изображения солнечного диска. В этой работе было показано, что зарегистрированные в течение одного часа 7 микровсплесков рентгеновского излучения представляют собой суперпозицию тепловой и нетепловой компонент и характеризуются в каждом всплеске весьма низким энерговыделением: 1026—1027 эрг.

В работе [3] исследовались параметры так называемых нановспышек. Так в некоторых работах называются одни из самых слабых проявлений вспышечной активности — возрастания в ультрафиолетовом диапазоне на длинах волн 171 и 195 А, наблюдаемые даже в период спокойного Солнца. В этой же работе проведена классифика-

Таблица 1

Класс вспышки Мощность всплеска, Вт/м2

X 10-4-10-3

М 10-5-10-4

С 10-6-10-5

в 10-7-10-6

А 10-7-10-8

105

зд

<D

100

O й <D

и

<D

JS10-

10

10

P \

\

\

A

K \

\

Parnell Jupp(1989): TRACE 171/195 A P: N(Eth) = Eth-2-42-2-58, N = 4497 Krucker & Benz (1998): SOHO/EIT 171/195 A K: N(Eth) = Eth-2-53-2-59, N = 11150 Aschwanden et al.(1999):TRCE 195 A A: N(Eth) = Eth-1.79 ± a08, N = 281 Shimizu (1997): Yohkoh/SXT S: N(Eth) = Eth-1.74, N = 291 Crosby, Aschwanden, & Dennis(1993): SMM/HXRBS>25 keV C: N(Eth) = Eth-1.54, N = 2878

5

1024 1 026 1028 1 030 1 032 Flare energy E, erg

Рис. 1. Общая диаграмма классификации солнечных событий различной мощности [3].

ция практически всех солнечных событий, лежащих в широком энергетическом диапазоне от 1024 до 1032 эрг. На рис. 1, взятом из работы [3], показана общая диаграмма классификации солнечных событий различной мощности, составленная по результатам исследований разных авторов. По оси х отложено общее энерговыделение вспышек, по оси у — частота появления вспышек. Предполагается, что все вспышечные события можно подразделить на несколько классов: мил-ливспышки (или просто вспышки), микровспышки и нановспышки. Согласно этой работе вспышки характеризуются энерговыделением от 1029 до 1032 эрг, они ответственны как за жесткую,

так и за мягкую компоненты рентгеновского излучения. Микровспышки располагаются в энергетическом диапазоне от 1027 до 1029 эрг. Нановспышки лежат ниже порога 1026 эрг и наблюдаются только в ультрафиолете, они не сопровождаются генерацией пучков электронов и тормозного рентгеновского излучения. В данной работе отмечено, что существует некий "пробел" в диапазоне энергий от 1026 до 1027 эрг, вызванный отсутствием экспериментальных данных.

В этой же работе обсуждается вопрос о существовании еще более слабых вспышек, так называемых пиковспышек, возрастаний энерговыделения в диапазоне совсем малых энергий от 1017

до 1024 эрг, так как вспышкой авторы предлагают считать практически любое из локальных и не слишком продолжительных энерговыделений на Солнце. В таком случае даже простой прогрев солнечной плазмы, например, при образовании или трансформации очень маленьких магнитных структур в хромосфере, который обычно проявляется в генерации ультрафиолетовых возрастаний, следовало бы называть вспышкой. Такой подход, однако, не очевиден.

Вся эта проблема требует дальнейшего уточнения и в настоящее время, в известной степени, условна. С одной стороны, ясно, что само энерговыделение может носить непрерывный характер, и пока еще трудно указать, чем бы оно могло быть ограничено снизу. С другой стороны, нам хотелось бы поставить где-то на этом пути "забор", отделяющий собственно вспышку от непрерывного энерговыделения.

С нашей точки зрения термином "вспышка" целесообразно обозначать только такое локальное энерговыделение на Солнце, вследствие которого появляется некоторое пороговое количество горячих или ускоренных электронов и возникает рентгеновское излучение (всплеск) теплового или нетеплового происхождения.

Такие ускоренные частицы могут рождаться в локальных электрических полях, которые, в свою очередь, могут возникать при развитии неустой-чивостей и появлении разрывов в токовых слоях в активной области. Таким образом, вспышка — это результат такого изменения плазменно-магнит-ной структуры активной области, следствием которого являются перечисленные выше процессы. Именно этой точки зрения мы будем придерживаться в данной работе.

Вспышка — это еще и интегральный процесс, описываемый последовательностью множества физических явлений, которые могут накладываться друг на друга. Именно поэтому очень сложно определить причинно-следственные связи в механизме вспышки. В связи с этим, особенно важно исследование вспышек малых энергий, которое даст возможность минимизировать интегральные эффекты и более точно выделить последовательность физических процессов (цепочку) в развитии вспышки.

Одним из важных результатов данной работы является решение вопроса о существовании самых слабых солнечных событий — вспышек с потоком рентгеновского излучения в максимуме менее 10-8 Вт/м2 [4], т.е. о существовании класса слабых рентгеновских всплесков, находящегося ниже порога, указанной в табл. 1 классификации рентгеновских вспышек (обозначим его как класс 0).

Интерес к нижнему порогу при наблюдении рентгеновских вспышек вызван представлением

о том, что взрывную фазу вспышки можно представить в виде совокупности элементарных вспы-шечных всплесков [5, 6]. Так, согласно работе [5], вспышка представляет собой суперпозицию некоторого числа элементарных актов освобождения энергии.

Очень мало исследованным на сегодняшний день остается тепловой рентгеновский фон солнечной короны и его связь с солнечными событиями малой мощности. Исследования в этой области могут пролить свет на проблему нагрева солнечной короны.

В работах [7, 8] было сделано предположение о том, что связь интенсивности фонового рентгеновского излучения и микровспышек объясняется отсутствием резкой границы между тепловым фоном и собственно рентгеновским всплеском, порожденным ускорением частиц при возникновении микровспышки в активной области. Следовательно, было сделано предположение о том, что микровспышки и их активные области — плазменно-магнитные конфигурации — гораздо теснее связаны с плазменно-магнитными конфигурациями солнечной короны, чем активные области крупных вспышек. На этот факт обращали внимание ряд исследователей, в частности впервые этот вопрос начал подробно рассматриваться в работе [9]. Связь крупных вспышек (вспышек классов С, М, Х) с флуктуациями теплового фона солнечной короны не обнаружена. В работах [2, 5] также было высказано предположение о том, что крупные вспышки — это вторичные образования, которые возникают путем суперпозиции некоторого числа элементарных актов энерговыделения и порождают все последующие интегральные эффекты: ускорение частиц, дающее жесткое и мягкое рентгеновское излучение, излучение в ультрафиолетовом и радиодиапазонах, ударные магнитогидродинамические волны.

2. ФОТОМЕТР РФ-15И-2 ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК В РЕНТГЕНОВСКОМ ДИАПАЗОНЕ

Основное назначение прибора РФ-15И-2 заключается в измерении жесткого и мягкого рентгеновских диапазонов излучения солнечных вспышек. Прибор состоит из двух блоков: блока детекторов и блока с бортовым компьютером. Блок датчиков условно можно разделить на две части: на фотометр жесткого рентгеновского излучения, регистрирующий излучение от полного диска Солнца с высоким временным разрешением, и на фотометр в мягком рентгеновском диапазоне

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