УДК 523.947-782
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЛОКАЛИЗАЦИИ ВОЛНЫ МОРТОНА
В СОЛНЕЧНОЙ АТМОСФЕРЕ
© 2015 г. С. Г. Мамедов1*, Н. С. Джалилов1, Д. М. Кулизаде2, Ф. Р. Мустафа1
'Шамаханская астрофизическая обсерватория им. Н. Туси Национальной академии наук Азербайджана,
Ю. Мамедалиева, Шамахы, Азербайджанская Республика
2Бакинский государственный университет, Баку, Азербайджанская Республика Поступила в редакцию 16.05.2014 г.; принята в печать 09.07.2014 г.
Рассмотрены два варианта объяснения наблюдаемой в солнечной атмосфере картины волны Мортона в линии Ha: при помощи модели облака, фронта волны, находящегося в верхней хромосфере и совершающего радиальные движения вверх-вниз, и путем смещения всей линии поглощения Ha. Показано, что ни при каких значениях оптических параметров облака, а именно: Б-функции источников, т — оптической толщины, ДА^ — допплеровской ширины и ДА8^ — допплеровского смещения облака внутри линии поглощения Ha (обусловленное радиальными движениями облака—фронта волны), невозможно получить наблюдаемую кривую яркости фронта внутри линии Ha. Показано, что наблюдаемую картину фронта волны можно получить исключительно путем смещения всей линии поглощения Ha. На основании этого сделан вывод о том, что эта волна распространяется в области формирования линии поглощения Ha, иными словами, в фотосфере и нижней хромосфере. Показано, что волна Мортона не наблюдается в верхней хромосфере, что также подтверждает вывод, приведенный выше. Далее показано, что эта волна не может распространяться в короне, так как время охлаждения коронального газа до температуры 100 000 К на порядок превышает период волны. Показано, волна Мортона не является ударной волной, так как наблюдаемый профиль фронта не имеет характерного разрыва для случая ударной волны.
DOI: 10.7868/80004629915010089
1. ВВЕДЕНИЕ
Волна Мортона была открыта в 1960 г. [1, 2] при наблюдении монохроматических изображений солнечного диска в линии Ha водорода. Монохроматические изображения получались последовательно как в центре линии, так и на расстояниях ±0.5 A от центра линии в красном и синем ее крыльях. Эта волна наблюдается как на изображениях в крыльях линии, так и на изображении в центре линии. Фронт волны состоит из двух частей: ведущий и последующий. Ведущий фронт на изображении в красном крыле линии Ha наблюдается в поглощении, а на изображении в синем крыле он наблюдается как яркое образование. Видимость последующего фронта обратная: на изображении в красном крыле фронт наблюдается как яркое образование, а на изображении в синем крыле фронт наблюдается в поглощении. Следует отметить важный момент: в последующих наблюдениях различных авторов, производимых на различных расстояниях от центра линии Ha, видимость фронтов волны получается
E-mail: sabirmamedov@mail.ru
такая же, как описана выше (ниже мы это будем обсуждать подробно).
Скорость распространения волны Мортона составляет 500—4500 км/с. Ширина фронта по оценкам различных авторов — 50 000—150 000 км [3— 6]. Волна распространяется на расстояние больше радиуса Солнца. Принято считать, что волна Мортона распространяется в верхней хромосфере. В хромосфере скорость звука составляет ~18 км/с (температура Т = 1.6 х 104 К), скорость волны Альфвена составляет ^55 км/с (плотность п = 3 х х 1010 см"3, магнитное поле Н = 5 Гс) [5]. В таком случае число Маха ударной волны должно быть больше 10. Такая ударная волна, распространяющаяся в хромосфере, быстро затухла бы, и невозможно было бы ее распространение на большие расстояния, что следует из наблюдений. По этой причине в [5] было выдвинута идея о том, что наблюдаемая волна Мортона физически связана с распространением волны в короне.
Теорию, связующую наблюдаемую в хромосфере волну Мортона с распространением волны в короне, впервые разработал Учида [7]. По этой
теории генерируемая солнечной вспышкой МГД-волна, распространяющаяся в короне, отражаясь от коронального слоя с большей альфвеновской скоростью, направляется вниз в сторону хромосферы и отражается от слоя хромосферы с меньшей альфвеновской скоростью, затем направляется в сторону короны, опять отражается, и процесс повторяется. Волна, таким образом, распространяется в некотором коридоре слоев с большей и меньшей скоростью альфвеновских волн. При этом, когда волна движется вниз, она давит на хромосферу и отбрасывает хромосферный слой вниз (вещество хромосферы движется вниз), а при движении вверх вещество хромосферы движется вверх. Этот процесс наблюдается как волна Мор-тона. По этой теории волна Мортона не является собственно волной, а является следом в хромосфере волны, распространяющейся в короне.
Когда в 1999 г. была открыта EIT-волна в коро-нальных линиях, авторы работы [8] считали, что это и есть корональная волна, предсказанная Учидой. Однако, так как скорость распространения EIT-волны (около 500 км/с) в несколько раз меньше скорости волны Мортона, то многие исследователи не считают наличие физической связи между этими двумя событиями. Дискуссии относительно этой проблемы можно найти в обзорных статьях [9, 10].
В изучении природы волны Мортона, на наш взгляд, может представлять значительный интерес определение скоростей по лучу зрения движений на фронте этой волны. Данная работа в основном посвящена уточнению как методов определения лучевых скоростей движений на фронте волны, так и их значений, полученных различными авторами. Мы показываем, что наблюдаемые на фронте лучевые скорости обусловлены смещением всей линии поглощения Ha и что значения этих скоростей
составляют несколько км/с, а не 20—30 км/с, как получено многими авторами.
Статья составлена следующим образом. В разделе 2 приводится обзор по определению скоростей движений по лучу зрения на фронте волны Мор-тона. В разделе 3 делается расчет контура линии Ha от фронта волны для случая модели облака для фронта. В разделе 4 делается расчет контура линии Ha от фронта для случая смещения всей линии поглощения Ha. В разделе 5 рассматривается возможность распространения волны Мортона в короне. В разделе 6 исследуется проблема видимости волны Мортона на солнечном лимбе. В разделе 7 рассматривается вопрос, может ли волна Мортона быть гравитационной волной. В разделе 8 приводятся основные результаты и их обсуждение.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗЛИЧНЫМИ АВТОРАМИ ЛУЧЕВЫХ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЙ НА ФРОНТЕ ВОЛНЫ МОРТОНА
Как было сказано выше, по теории Учиды [6] наблюдаемая в линии Ha волна Мортона генерируется путем сдавливания верхней хромосферы распространяющейся в короне МГД-волной. По механизму, предложенному в [11], данная волна возникает вследствие последовательного открывания магнитных силовых линий корональных выбросов массы. В обоих механизмах генерации волны Мортона вещество верхней хромосферы сдавливается вниз, вследствие чего вещество движется вниз, и это "создает" передний фронт волны; такое движение проявляет себя тем, что передний фронт наблюдается в красном крыле линии Ha в поглощении, а в синем крыле — в эмиссии. Далее вследствие увеличения давления на фронте сдавливаемое вещество поднимается вверх, и это движение "создает" последующий фронт; это проявляется тем, что последующий фронт в красном крыле линии Ha наблюдается в эмиссии, а в синем крыле — в поглощении.
Таким образом, в линии Ha передний фронт в красном крыле наблюдается в поглощении, а в синем — в эмиссии, а последующий фронт, наоборот, в красном крыле наблюдается в эмиссии, а в синем — в поглощении. Теперь посмотрим, как определяются лучевые скорости этих движений на фронте различными авторами.
Лучевые скорости на фронте исследователи волны Мортона определяют двумя способами:
1) по методу "допплерограмм", т.е. по разности интенсивностей в крыльях линии Ha на наблюдаемых от центра расстояниях; ясно, что этот метод дает величину смещения всей линии поглощения Ha, и полученная соответствующая лучевая скорость отражает движение всей области формирования этой линии;
2) по расстоянию от центра линии, на котором производились наблюдения; при этом фронт волны принимается в виде облака в верхней хромосфере, и по этому расстоянию определяется величина лучевой скорости этого облака, являющегося моделью фронта волны.
То, что образование фронта волны Мортона может быть вызвано смещением всей линии поглощения Ha впервые было высказано в 1968 г. в работе [6]. Однако авторы этой работы не определили значения смещений линии поглощения, что дало бы возможность рассчитать значение лучевых скоростей на фронте волны. В [12] приводятся значения 6—10 км/с лучевых скоростей на фронте волны, полученные методом допплерограмм, что предполагает смещение всей линии поглощения.
По методу допплерограмм в [13] авторы также определили значение лучевых скоростей на фронте и получили величину 2.6 км/с. В [14] авторы аналогично пытались определить лучевые скорости методом допплерограмм, однако значения скоростей не приведены (по видимому, из-за малости значений).
В работе [15] приведены кривые лучевых скоростей на фронте волны Мортона, полученные методом допплерограмм; к сожалению, значения лучевых скоростей приведены в произвольных единицах. По частному сообщению одного из авторов (Б. Врснак), точность определения абсолютных значений лучевых скоростей на фронте волны низка и может находиться в интервале 1 — 10 км/с. По-видимому, в качестве среднего значения лучевых скоростей можно брать 5 км/с.
Что касается влияния на контур линии поглощения Иа увеличения (вообще изменения) температуры или давления (о чем пишут авторы), следует сказать, что никакие изменения физических условий в области формирования линии поглощения Иа не могут привести к асимметрии этой линии. И поэтому полученный допплеровский сигнал будет целиком обусловлен допплеровским смещением линии поглощения. С другой стороны, если предположить, что с прохождением волны Мор-тона изменяются физические условия в области формирования линии поглощения Иа, то в этом случае мы должны признать, что данная волна проникает в область формирования этой линии, т.е. до фотосферы.
В работе [3] приведены значения лучевых скоростей, определяемые методом до
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.