научная статья по теме КОРОНАЛЬНЫЕ ВЫБРОСЫ МАССЫ В ИЮЛЕ 2005 ГОДА И НЕОБЫЧНОЕ ГЕЛИОСФЕРНОЕ ЯВЛЕНИЕ Космические исследования

Текст научной статьи на тему «КОРОНАЛЬНЫЕ ВЫБРОСЫ МАССЫ В ИЮЛЕ 2005 ГОДА И НЕОБЫЧНОЕ ГЕЛИОСФЕРНОЕ ЯВЛЕНИЕ»

КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2013, том 51, № 5, с. 363-371

УДК 523.9-7,523.985.3

КОРОНАЛЬНЫЕ ВЫБРОСЫ МАССЫ В ИЮЛЕ 2005 ГОДА И НЕОБЫЧНОЕ ГЕЛИОСФЕРНОЕ ЯВЛЕНИЕ

© 2013 г. М. А. Лившиц1, А. В. Белов1, А. И. Шаховская2, Е. А. Ерошенко1,

А. Р. Осокин3, Л. К. Кашапова4

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, г. Троицк 2Крымская астрофизическая обсерватория, Украина 3Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, МГУ 4Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск maliv@mail.ru, erosh@izmiran.ru Поступила в редакцию 25.08.2010 г.

После переработки 19.09.2012 г.

На примере событий в июле 2005 г. обсуждаются причины и особенности форбуш-эффектов, обусловленных далекими от центральной зоны солнечными источниками. От других эффектов, наблюдаемых на периферии межпланетных возмущений, изучаемое событие отличают большие вариации космических лучей на фоне слабых возмущений солнечного ветра и магнитного поля Земли. Облако выброшенной из Солнца замагниченной плазмы было большим и быстрым, но прошло западнее линии Солнце—Земля. По проведенным оценкам масса выброшенного вещества оказалась близкой к верхней границе масс CME (Coronal Mass Ejection). Аномальные параметры и высокая модуляционная способность образовавшегося возмущения солнечного ветра объясняются, в частности, тем, что в нем объединилось несколько CMEs, и тем, что последнее быстрое возмущение было подготовлено серией импульсных событий в активной области Солнца. Обычно такая большая масса выбрасывается непосредственно после основного выделения энергии в мощных вспышках на Солнце. В данном случае мощное МГД возмущение возникло примерно через полчаса после максимума жесткого рентгеновского всплеска в условиях, когда газовое давление во вспышечных петлях стало близко к магнитному, что и явилось предпосылкой крупномасштабного выброса.

Б01: 10.7868/80023420613040079

ВВЕДЕНИЕ

В представленной статье на основе разнообразных экспериментальных данных анализируются форбуш-эффект (ФЭ), наблюдавшийся 16— 18.VII.2005, и обстановка на Солнце и в гелио-сфере в этот период. Обычно форбуш-понижение (ФП) космических лучей (КЛ) начинается, когда к Земле приходит крупномасштабное возмущение солнечного ветра. Величина форбуш-пони-жения для частиц с жесткостью 10 ГВ, как правило, достаточно хорошо коррелирует с максимальной напряженностью межпланетного магнитного поля (ММП) [1]. Большие форбуш-эффекты обычно сопровождаются геомагнитными бурями, которые создаются в магнитосфере теми же возмущениями солнечного ветра.

Как известно, выброс плазмы из центральной части диска Солнца легче достигает магнитосферы Земли и вызывает большее геомагнитное возмущение. Это справедливо и для величины ФП, которая так же зависит от гелиодолготы источника возмущения (см., например, [2]). Обычно при-лимбовые явления вызывают только слабые гео-

магнитные возмущения или вообще не влияют на геомагнитную активность. Форбуш-эффекты от удаленных по долготе солнечных источников, особенно от западных, обычно или не наблюдаются, или являются слабыми и кратковременными [3]. Однако, бывают исключения из этого правила, т.н. "аномальные" форбуш-эффекты. Одно из таких аномальных событий в КЛ, произошедшее 16-18.VII.2005, уже обсуждалось в работах [4, 5]. Особенности этого явления: аномально большая, особенно для лимбового источника, величина ФП при низком уровне межпланетной и геомагнитной возмущенности, а также необычный профиль ФП [5] — говорят в пользу того, что это эффект межпланетного возмущения, созданного особой ситуацией в межпланетной среде.

В работе Ерошенко и др. [6] был рассмотрен целый подкласс форбуш-эффектов с характеристиками, близкими к событию в июле 2005 г., обусловленных далекими западными мощными источниками на Солнце. Оказалось возможным выделить небольшую, но определенную группу значительных ФЭ, которые не сопровождались

13.У11 Время, ит 14.VII.2005

Рис. 1. Вспышки 13 и 14.VII.2005 по данным спутника ООЕБ-12. А

ни сильным межпланетным возмущением в окрестности Земли, ни высокой геомагнитной активностью, но были связаны с большими возмущениями солнечного ветра, прошедшими к западу от Земли. "Аномальные" западные ФЭ сильно отличаются от типичных западных ФЭ, обычно небольших и коротких, обусловленных источниками на умеренных западных гелиодол-готах. Они также отличаются от "аномальных" восточных ФЭ большей величиной анизотропии КЛ и меньшей изменчивостью ее направления [6]. Эти характерные свойства "аномальных" западных ФЭ могут использоваться для диагностики внутренней гелиосферы и прогнозирования космической погоды.

Однако в цитируемых выше работах оставался в стороне вопрос о возможных механизмах таких "аномальных" форбуш-эффектов и об особенностях процессов на Солнце, которые к ним приводят. Целью настоящей работы является выяснение причин, обусловливающих подобные события в КЛ, а также описание возможных процессов образования столь мощного возмущения. Это сделано на примере события в июле 2005 г., что потребовало детального комплексного анализа всех доступных данных. В частности, кроме наземных и широко известных спутниковых наблюдений, в работе использовались данные регистрации жесткого рентгеновского излучения с околомарсианской орбиты на КА МАРС ОДИССЕЙ [7, 8].

2. АКТИВНОСТЬ ГРУППЫ 10786, ВСПЫШКИ 14.VII.2005 г.

Группа пятен А010786 имела сравнительно небольшую площадь 300-700 м.д.п. Ее активность постепенно возрастала, начиная с 5.УН.2005. Кульминация активности этой группы пришлась на момент ее захода 13—14 числа, позднее крупные нестационарные явления наблюдались 17— 18.УП, уже за западным краем.

Основные особенности нестационарных явлений с несколькими очагами вспышечной активности отчетливо проявились в двух вспышках 14.VII.2005. Данные КА ЯИЕЗШ вблизи максимумов вспышек (в 07.22 и с 10.24 до 11.00 ИТ) отсутствовали, но использование наблюдений на КА МАРС ОДИССЕЙ, который находился на 42° западнее Земли, позволило получить даже более полные сведения о солнечных событиях по сравнению с наблюдениями с околоземной орбиты. Подробный анализ эволюции рентгеновского излучения при кульминации вспышечной активности группы 13—14.VII.2005 проведен в работе Лившица и др. [9], и здесь мы обсудим лишь то, что имеет отношение к теме данного исследования.

Первая вспышка 14.УП началась около 06.00 ИТ как слабое длительное событие, сопровождавшееся медленным СМЕ, после чего в 07.22—07.23 ИТ произошло мощное импульсное выделение энергии (рис. 1). Эта белая вспышка М 9.1 близ южного пятна группы характеризовалась мощным рентгеновским излучением, которое даже в мягком диапазоне было очень кратковременным. Необычным здесь является то, что вспышечный процесс очень долго (около полутора часов) распространялся от начальной точки к южному пятну.

Вторая вспышка, достигшая уже балла Х 1.2, более типична. После весьма динамичного начала (в 10.16 ИТ) основной всплеск достиг максимума в 10.36 ИТ. Профиль жесткого рентгеновского излучения, зарегистрированного на КА МАРС ОДИССЕЙ в области энергий около 80 кэВ, а также профиль в микроволновом диапазоне по измерениям на Земле, приведены на рис. 2а. Максимум излучения при энергии около 80 кэВ был приблизительно в 2 раза слабее, чем для первой вспышки М 9.1 в 07.22—23 ИТ В рентгене и на высокой частоте микроволнового излучения (15.4 ГГц) зарегистрированы еще несколько мощных импульсов (10.43 и 10.50 ИТ), свидетельствующих о

(б)

6000

ó d

w о н о с =s

3 rn о Я

4 о <ч

о &

м

5

4000

2000

(а)

RSTN 15.40 ГГц Марс-Одиссей

600

500 *

- 400

- 300

- 200

- 100

м о н о

С

«

5 м

о <ч о Я

(U

6

Я

(U

Р

5000 3000 1000 4 ■ 104 3 ■ 104 2 ■ 104 1 ■ 104

6 ■ 104

2 ■ 104 . 10000

S; 6000

2000 м 3500 g 2500 g 1500 « 500 а 2500

g 1500

§ 500 g 5000

£ 3000 я

г г г L 0.25 Г ц

г г г г 0.41 Г ц

- 0.61 Г ц

- 1.41 Г 1.41 Г ц

- _'— ж

- У СА

г г г У к. 8.80 Г ц

г г г < / rv 15.40 Г ц

10.10

10.40

11.10

1000 5000 3000 1000

10.00 10.10 10.20 10.30 10.40 10.50 11.0 Время, UT

Рис. 2. а — Сопоставление данных аппаратуры HEND с микроволновым всплеском (в единицах с.е.п.) по данным RSTN для второй вспышки (10.28 иТ) 14.VII.2005; б — профили радиоизлучения на различных частотах во вспышке Х1.2. Линией показана условная экстраполяция начальных периодов всплесков на различных высотах.

продолжающихся процессах выделения энергии в нижней короне.

В момент максимума жесткого всплеска (в 10.36 UT) наблюдался небольшой выброс вещества с температурами, ниже 2 МК, что следует из наблюдений в линии На и ультрафиолетовых изображений. Этот узкий "коллимированный" выброс был виден в данных GOES 12 (Solar X-Ray Imager) в течение 10 мин.

Радионаблюдения показывают, что после 11.05 UT процесс быстро распространился высоко в корону и межпланетное пространство. На рис. 2б представлены профили радиоизлучения на различных частотах в рассматриваемой вспышке по данным RSTN. Если проэкстраполировать начальные моменты развития мощных радиовсплесков на различных высотах короны (различных низких частотах) вниз, то получается время 11.00—11.10 UT, которое соответствует "ступеньке" в профиле сантиметрового всплеска (рис. 2а, б). Этот временной интервал может быть связан с формированием токового слоя, начавшимся процессом пересоединения и последующей релаксацией МГД- конфигурации.

Радиовсплеск IV типа после 11.00 UT был не совсем обычным. Во-первых, излучение в метровом диапазоне оказалось очень мощным. Так, на

частоте 0.61 ГГц (рис. 2б) величина потока достигла 80000 с.е.п. (RSTN, и еще в 1.5 раза больше по сводке данных в Solar Geophysical Research). Такие значения наблюдались лишь в самых мощных вспышках прошедшего цикла активности в октябре 2003 г. В отсутствие большого количества электронов высоких энергий такие всплески в метровом диапазоне свидетельствуют о выбросе большого облака замагниченной плазмы. Во-вторых, присутствовало мощное дециметровое излучение. На частоте 1.41 ГГц потоки достигли 10000 с.е.п. в 11.04-11.12 UT (данные RSTN). Этот избыток излучения проявляется при сравнени

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