АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 91, № 8, с. 668-676
УДК 523.947+923.8-337
ВОЗДЕЙСТВИЕ КОРОНАЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ НА УДАЛЕННЫЕ КОРОНАЛЬНЫЕ ЛУЧИ
© 2014 г. Б. П. Филиппов1*, П. Кайшап2, А. К. Сривастава2, О. В. Марценюк1
1Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова,
Москва, Троицк, Россия
2Научно-исследовательский институт наблюдательных наук им. Арибатты, Манора Пик, Наинитал, Уттараханд, Индия Поступила в редакцию 25.09.2013 г.; принята в печать 30.10.2013 г.
Проанализировано воздействие крупного коронального выброса на Солнце на корональный стример, расположенный на угловом удалении около 90° от главного направления распространения коронального выброса на основе наблюдений коронографа SOHO/LASCO 2 января 2012 г. Радиальные корональные лучи (стримеры) изгибаются, когда корональные выбросы проходят через корону даже на большом угловом удалении от положения лучей. Картина похожа на бегущую вдоль луча изгибную волну. Некоторые авторы интерпретируют это явление как проявление распространяющихся ударных волн, генерируемыми быстрыми корональными выбросами в короне, а другие считают это свидетельством возбуждения волнового процесса внутри лучевой структуры после внешнего толчка. В результате проведенного анализа не найдено убедительных аргументов в пользу обеих этих возможностей. Сделан вывод, что наблюдаемое поведение лучей является результатом воздействия магнитного поля движущегося в короне магнитного жгута, связанного с корональным выбросом. Движение крупномасштабного магнитного жгута, удаляющегося от Солнца, создает изменения в структуре окружающих силовых линий в короне, которые похожи на полупериод волны, бегущий вдоль коронального луча.
DOI: 10.7868/80004629914070044
1. ВВЕДЕНИЕ
Корональные лучи (стримеры) чувствуют влияние корональных выбросов (КВ), распространяющихся через корону Солнца даже на большом удалении от стримеров. Они отклоняются от исходного положения и становятся на какое-то время изогнутыми [1—5]. Горбик, возникший на ранее прямой оси стримера, движется вдоль нее от Солнца, как бегущая волна вдоль натянутого шнура (кинк-волна). Многие авторы интерпретируют это явление как проявление распространяющихся ударных волн, генерируемыми быстрыми сверхаль-веновскими КВ в короне [2—4, 6—8]. Характерной особенностью явления, производимого ударной волной, должно быть постепенное уменьшение скорости продвижения горбика, так как ударная волна теряет энергию и замедляется при распространении в короне [2].
Другие исследователи [9—10] считают эти искривления лучей свидетельством возбуждения волнового процесса внутри лучевой структуры после внешнего толчка. Они назвали его "стримерной
E-mail: bfilip@izmiran.ru
волной", которая представляет собой быструю моду изгибной волны в плазменном слое стримера, возбужденную отклонением слоя от равновесия проходящим выбросом. Эти авторы нашли несколько примеров, являющихся кандидатами на демонстрацию стримерных волн в наблюдениях короны с помощью коронографа LASCO [11] на борту солнечной и гелиосферной обсерватории SOHO во время 23-го солнечного цикла. Все они были связаны с широкими и быстрыми КВ со скоростями не менее 1000 км с-1. На разностных изображениях короны авторы различают несколько периодов волны в геометрической форме стримера, наблюдаемой после прохождения КВ.
В данной статье мы проанализируем воздействие быстрого КВ на удаленный корональный стример, расположенный на угловом удалении около 90° от главного направления распространения КВ, на основе наблюдений коронографа SOHO/LASCO 2 января 2012 г. с намерением найти признаки ударной волны или стримерной волны. Результаты будут сопоставлены с моделью движущегося в короне магнитного жгута, связанного с КВ.
/ 3 Ш » 14:48 / ) 4 1 15:24 '*9 А № ' V 16:00
/ 3 * 16:24 i ) V 17:00 ) 18:00
Рис. 1. Отклонение коронального стримера при прохождении коронального выброса 2 января 2012 г. в поле зрения коронографа SOHO/LASCO C2.
2. ЯВЛЕНИЕ 2 ЯНВАРЯ 2012 г.
Быстрый широкий КВ появился в поле зрения коронографа LASCO C2 в 15h 12m UT 2 января 2012 г. (рис. 1). Вершина его фронтальной структуры перемещалась в юго-западном направлении со скоростью около 1100 км с-1 (позиционный угол P составлял около 240°). По данным каталога SOHO/LASCO (http://cdaw.gsfc.nasa. gov/CME\_list/) выброс был типа гало и демонстрировал небольшое замедление ^8 м с-2. Хотя угловая ширина КВ в каталоге показана как 360°, очевидно его самая яркая часть располагается в
западном и юго-западном секторах (рис. 1, 2). В поле зрения LASCO C2 (2.5R-6R, здесь и далее R — радиус Солнца) передний край КВ, движущейся в направлении SWW, ускоряется от 840 до 1100 км с-1, и его ускорение составляет примерно 180 м с-2 .
Стример, на который оказал воздействие выброс, располагался вблизи северного полюса (P = = 342°). В поле зрения LASCO C2 (рис. 1) после 15h36m UT ось стримера приобретает плавный изгиб с выпуклостью в противоположную от КВ сторону. Изгиб перемещается вдоль луча и покидает
поле зрения LASCO C2 в 17h24m UT. В поле зрения LASCO C3 (4R-30R) явление выглядит так, как будто новый стример растет снизу с позиционным углом ближе к северному полюсу синхронно с продвижением КВ, но его длина в несколько раз меньше радиального удаления от Солнца вершины КВ в юго-западном направлении (рис. 2). "Старый стример" исчезает на тех радиальных расстояниях, где существует "новый стример", в то время как он остается неизменным на больших расстояниях. Между этими двумя частями стримера существует наклонная секции, соединяющая вершину "нового стримера" с основанием оставшейся части "старого стримера", которая перемещается вместе с ростом "нового стримера". Позиционный угол "нового стримера" составляет P = 346°. В дальнейшем он медленно возвращается в прежнее положение P = 342° (ср. кадры в 15h 18m UT 2 января и в 20h49m UT 3 января на рис. 2).
Для детального анализа смещений стримера, мы строили временные диаграммы распределения яркости короны вдоль круговых полос, концентричных солнечному диску. Из изображений вырезались узкие полоски (рис. 3) на различных радиальных расстояниях. Затем полоски преобразовывались в прямые отрезки, которые затем располагались бок о бок в хронологическом порядке для каждого радиального расстояния. Полоски покрывали диапазон позиционных углов от 270° до 360° или широты от 0° до 90° N. На временных диаграммах (рис. 4) каждая полоска соответствует 12-мин интервалу в соответствии с интервалом между последовательными кадрами в наблюдениях LASCO C2.
На рис. 4 мы видим появление яркого КВ в низких широтах, который распространяется в дальнейшем в более высокие широты. Стример начинает "чувствовать" присутствие КВ через 24 мин. Ось стримера движется на север в течение 48 мин, а затем возвращается (сначала почти с той же скоростью, а затем очень медленно) в исходное положение. Никаких следов колебаний оси стримера после первого толчка не видно на рис. 4.
На рис. 5 показаны временные профили отклонения стримера на пяти гелиоцентрических расстояниях. Исходное угловое положение немного изменяется на разных высотах из-за несимметричного распределения яркости по сечению довольно широкого стримера. Это не связано с возможной нерадиальностью оси стримера или его кривизны. На более близких расстояниях от солнечной поверхности вершины профилей отклонения имеют выпуклость, которая сглаживается с удалением от Солнца. Северная граница тела выброса тоже демонстрирует профиль с выпуклой вершиной (рис. 4), которая также становится значительно
более сглаженной на больших расстояниях. На разностных изображениях с фиксированной разностью (рис. 6) верхний край светлого луча, который соответствует выгнутой части стримера, движется синхронно с передним фронтом северной части КВ. Графики изменения радиального расстояния от поверхности Солнца вершины светлого луча и передней кромки КВ при P = 310° достаточно хорошо совпадают (рис. 7). Скорость передней кромки КВ в этом направлении возрастает от 550 до 850 км с-1 в поле зрения LASCO C2, а светлый луч немного ускоряется от 650 до 900 км с-1 в интервале между 2.5R и 6R. Из временно го сдвига между профилями на рис. 5 можно вывести, что начальная точка отклонения стримера распространяется вдоль него со скоростью около 850 км с-1 от 2.4R и 5.1R и около 450 км с-1 между 5.1R и 6.0R. Точка максимального отклонения перемещается несколько медленнее со скоростью около 500 км с-1, потому что искривление оси стримера становится более плавным с течением времени и удалением от Солнца.
Диаграмма "радиальное удаление—время" на рис. 8 построена путем помещения бок о бок узких радиальных полосок, вырезанных из изображений LASCO С3 вблизи позиционного угла P = 349°. Она демонстрирует увеличение длины отклоненной части стримера как функцию времени. Граница между темными и светлыми областями имеет небольшую кривизну с выпуклостью, направленной вверх и указывающей на замедление (от 700 до 450 км с-1). Наклон границы больше в нижней части короны. Все вышеприведенные измерения скорости остаются довольно неопределенными по нескольким причинам. Использование различных методов и отслеживание различных характерных точек геометрической формы стримера (начало изгиба, максимальное отклонение) дает несколько различающиеся значения. Разные сегменты фронтальной структуры КВ тоже движутся с различными скоростями и ускорениями. Следует иметь это в виду при сравнении скоростей отдельных деталей в этом явлении.
Амплитуда отклонения стримера возрастает с увеличением радиального расстояния даже в угловой мере, как показано на рис. 5. Линейное отклонение на удалении 6R в 5 раз больше, чем на 2.4R. Эта тенденция наблюдалась и в явлениях, исследованных Филипповым и Сриваставой [5].
Геометрическая форма стримера до появления КВ и через несколько часов после его прохождения в высокой степени прямолинейна и радиальна (рис. 9). Однако сразу после того, как КВ покинул поле зрения коронографа LASCO С3, ось стримера отклоняется от радиуса и оказывается несколько искривлена (рис. 9б). Это можно заметить и на
/ ) / J
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.