КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2008, том 46, № 4, с. 329-335
УДК 523.985
ТОПОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СОЛНЕЧНОГО СОБЫТИЯ, ВКЛЮЧАВШЕГО ВСПЫШКУ И КОРОНАЛЬНЫЙ ВЫБРОС МАССЫ
19 ОКТЯБРЯ 2001 ГОДА
© 2008 г. В. И. Сидоров, С. А. Язев
1Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск 2Астрономическая обсерватория ИГУ, г. Иркутск yamari@yandex.ru, uustar@star.isu.ru Поступила в редакцию 26.09.2007 г.
На основе анализа крупной солнечной вспышки X1.6/2B 19.X.2001 в активной области 9661, сопровождавшейся корональным выбросом массы (КВМ) типа "гало", предложена топологическая модель развития солнечного события, включающего в себя единый процесс развития КВМ и хромо-сферной вспышки. Согласно модели, этот процесс обеспечивается общим источником энергии -турбулентным токовым слоем, находящимся между аркадой вспышечных петель и уходящей поверхностью КВМ. В рамках модели структуры на концах вспышечных лент (СКВЛ) являются хро-мосферными основаниями системы крупномасштабных корональных магнитных арок на начальном этапе динамических процессов, развитие которых приводит к КВМ. Периферийные структуры вспышки (ПС) - вытянутые двойные яркие эмиссионные полоски за пределами активной области -интерпретируются как хромосферные основания силовых линий магнитного поля, образующих внешнюю оболочку (оплетку) КВМ на поздней стадии вспышки.
PACS: 96.60.qe;96.60.ph
ВВЕДЕНИЕ
Детальный анализ структуры крупных солнечных вспышек позволяет выделить ее элементы, которые не описываются существующими моделями. В частности, вспышечные ленты (ВЛ) не исчерпывают структуру хромосферных эмиссионных деталей. Кроме них, наблюдаются удаленные хромосферные уярчения [1], периферийные структуры вспышки (ПС, [2]), яркие структуры на концах вспышечных лент (СКВЛ, [3]). В ряде случаев крупные вспышки сопровождаются мощными явлениями типа корональных выбросов массы (КВМ). Конкретные места их формирования и видимые проявления на уровне хромосферы на ранней стадии развития, а также топологическая связь со вспышками в совместных с ними событиях остаются неясными.
В настоящей работе рассмотрена качественная топологическая модель развития единого события, включавшего мощную солнечную вспышку балла X1.6/2B, происшедшую 19.X.2001 в активной области 9661 (максимум около 16.30 UT, рис. 1) и быстрый КВМ типа "гало". Для работы использовались 90 цифровых На-изображений вспышки (угловое разрешение на лучших снимках до 0.7 as, временное разрешение серии 90 с, обсерватория Big Bear), изображения верхней короны, полученные космическими аппаратами SOHO и TRACE, а также данные о вариациях интегрального потока солнечно-
го излучения в рентгеновском диапазоне, полученные космическим аппаратом GOES.
СТРУКТУРА ВСПЫШКИ
Выделены следующие морфологические элементы вспышки.
Вспышечные ленты (ВЛ). Наблюдаемая в свете линии На, типичная для крупных хромосферных вспышек биполярная структура из двух эмиссионных вспышечных лент, расходящихся по мере развития вспышки (скорость распространения "фронта" ВЛ - 1-5 км/с [2]. Значения контраста по отношению к уровню невозмущенной хромосферы в линии На всегда превышали 130%.
Структуры на концах вспышечных лент (СКВЛ). Описанные для ряда крупных вспышек, СКВЛ - это динамичные вспышечные эмиссионные образования, которые отличаются высокой яркостью и нерегулярной формой [3-5]. Как правило, СКВЛ быстро меняют яркость, приобретают кольцевую форму, и задолго до окончания развития На-вспышки угасают. Каждая СКВЛ униполярна, т.е. находится в зоне одного знака магнитного поля (МП).
Периферийные структуры (ПС). ПС представляют собой яркие вспышечные эмиссионные образования на периферии активной области (АО). Типичные значения контраста для ПС - около 100%, площадь примерно в 1.5-2 раза меньше площади
ВЛ [2]. Начиная с момента максимума вспышки, ПС формировались в зоне одного знака МП, в виде тонких двойных эмиссионных полосок (рис. 2). Их ширина - 1.5-2 тыс. км, что в 4-5 раз меньше ширины ВЛ. Расстояние между полосками ПС - от 2 до 10 тысяч километров. Двойная полоска ПС распространялась вдоль флоккулов со средней скоростью 150 км/с, максимальное значение - около 600 км/с. Максимальная яркость наблюдалась во внешней (по отношению к активной области) узкой полоске ПС и на "фронте" распространяющейся эмиссии.
Связь вспышки с КВМ. Вслед за началом вспышки наблюдался связанный с ней мощный КВМ, зафиксированный аппаратурой спутника БОИО [6-7]. В пользу утверждения о тесной связи вспышки с КВМ могут быть приведены дополнительные доводы:
1. Магнитные полярности областей, где развивались СКВЛ, противоположны по знаку, т.е. допускают возможность магнитного замыкания;
2. На отдельных снимках имеющихся изображений в разных диапазонах длин волн непосредственно наблюдаются протяженные корональ-ные петли, соединяющие области СКВЛ на фазе, предшествующей развитию КВМ.
В рамках этой гипотезы можно утверждать, что КВМ начал развиваться непосредственно в области вспышки. СКВЛ представляют собой основания жгута поднимающихся магнитных силовых линий, явившихся основой для развития КВМ.
ТОПОЛОГИЯ ВСПЫШКИ И КВМ
Рассмотрим трехмерную топологическую модель процесса взаимосвязанного развития вспышки и КВМ 19.Х.2001 г. Модель описывает событие, начиная с фазы роста вспышки (совпадающей по времени с фазой ускорения КВМ в нижней короне) вплоть до фазы угасания вспышки. Предложенная модель не противоречит классическим 2-мерным и 2.5-мерным моделям в рамках концепции С8НКР [8, 9, 10-12] и дополняет их с учетом ряда новых феноменологических деталей.
Первая стадия развития события. Аркада вспы-шечных петель соприкасается цепочкой вершин с квазицилидрической оболочкой развивающегося выброса (КВМ), состоящей из спирально закрученных магнитных силовых линий (рис. 3). Внутри оболочки располагается осевой магнитный жгут -"хребтовая" арка КВМ. Основания жгута замыкаются на хромосферу вблизи центров СКВЛ.
Низкие вспышечные арки расположены под острым углом к линии раздела магнитных полярностей (ЛРП). Спиральные магнитные силовые линии оболочки КВМ (далее - спиральные линии) в нижней части КВМ касаются цепочки вершин петель вспышечной аркады. В результате магнитное поле (МП) в вершинах вспышечных арок оказывается антипараллельным полю в нижних точках спиральных линий на оболочке КВМ.
На линии соприкосновения вершин петель вспышечной аркады и нижней поверхности КВМ,
КВМ
Рис. 2. Развитие периферийных структур во время вспышки (слева), и предполагаемая схема системы СКВЛ-ПС (справа).
согласно [13], развивается высокотемпературный турбулентный токовый слой (далее - ТС). В современных вспышечных моделях этот слой описан как область магнитного пересоединения (высвобождения непотенциальной энергии МП). Перпендикулярное осевому магнитному жгуту КВМ вертикальное сечение дает так называемую Х-точку (рис. 4).
В соответствии с рассматриваемой моделью, пучки высокоэнергичных частиц, выходя из ТС, движутся вдоль линий МП в четырех направлениях: как вниз по "ногам" петель вспышечной аркады, вызывая эмиссию ВЛ, так и в стороны по спиральным линиям КВМ, вызывая появление СКВЛ.
Логично предположить, что потоки частиц из единого источника энерговыделения имеют близкие параметры. Следовательно, можно ожидать сходства в развитии эмиссии ВЛ и СКВЛ на фазе роста вспышки. Предположение подтверждается фактом коррелированного развития площади Йа-эмиссии в ВЛ и СКВЛ (рис. 5). Соответственно, на этой фазе развития мощного события в рамках модели следует ожидать и корреляции в поведении
ЯХК-источников в основаниях вспышечных арок и в основаниях КВМ.
В областях хромосферы (ВЛ и СКВЛ), где тер-мализуются пучки высокоэнергичных частиц, высыпающихся из ТС, магнитные трубки наполняются испаряющейся хромосферной плазмой [12, 14-16]. Последняя, поднимаясь, заполняет как вспышечные арки, так и КВМ. Однако, из-за существенной разницы в объемах достигаемая плотность вещества будет кардинально отличаться. Если объем вспышечных арок нарастает достаточно медленно, то объем быстро поднимающегося и "раздувающегося" КВМ, стремительно нарастает, обеспечивая существенно меньшие значения плотности вещества в КВМ по сравнению со вспышеч-ными арками. Этим обстоятельством могут быть объяснены различия в поведении эмиссии в основаниях вспышечных арок (ВЛ) и основаниях КВМ (СКВЛ), начиная с максимума вспышки.
Предлагаемая модель также легко объясняет описанный Сомовым [13] ЯХК-источник в короне, коррелирующий с ЯХК-источниками в основаниях ВЛ. Как указано выше, в рамках предлагаемой модели, исходящие из ТС частицы расходятся в четы-
КВМ на ранней стадии развития
Рис. 3. Топологическая схема солнечного события "вспышка-КВМ" на ранней стадии развития.
рех направлениях. Частицы, ушедшие в КВМ, двигаются вдоль спиральных линий, образующих внешнюю оболочку (оплетку) "хребтового" магнитного жгута КВМ (рис. 3 и рис. 4), и попадают на внешний (верхний) фронт КВМ. Здесь они сталкиваются с уплотненной движущейся плазмой внешнего фронта КВМ и вызывают эмиссию в жестком рентгеновском диапазоне. Временной ход интенсивности рентгеновской эмиссии естественно коррелирует с таковым для эмиссии, вызванной потоками частиц, ушедших вниз, в основания вспышеч-ных арок [13]. Часть потока частиц, прошедшего через фронт КВМ, продолжает движение по спиральным траекториям вплоть до их хромосферных оснований (СКВЛ). Таким образом, модель предсказывает наличие корреляции в поведении трех типов ИХК-источников: на фронте КВМ, в основаниях вспышечных арок (ВЛ) и в двух основаниях КВМ (СКВЛ) на ранней стадии развития вспышки.
В принципе, исходя из модели, становится возможным расчет положения области ТС, где произошел основной импульс энерговыделения.
Рассмотрим сечение вспышечной аркады и КВМ в плоскости, перпендикулярной ЛРП (рис. 4). Спроецируем на это сечение силовые магнитные линии
вспышечной аркады и КВМ. Последовательное вовлечение в процесс вспышки внешних (все более высоких) арок сопровождается подъемом КВМ и смещением Х-точки (сечения ТС) вверх, а также образованием новой (очередной) внешней оболочки КВМ. Подъем КВМ вызывает смещение (подтягив
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.