КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2007, том 45, № 2, с. 108-113
УДК 537.591.5
МОДЕЛЬ ВСПЫШКИ СОЛНЕЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ
19 МАРТА 1990 г.
© 2007 г. С. И. Ермаков, Г. П. Любимов, В. И. Тулупов, Е. А. Чучков
Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ
Поступила в редакцию 21.02.2005 г.
В работе анализируются причины осцилляции потока солнечных космических лучей и знакопеременной анизотропии, с периодом от трех часов до двух минут, в марте 1990 года, измеренные на ИСЗ Гранат. Показано, что они обусловлены движением протонов солнечных космических лучей с энергией 1-100 МэВ, в петлевых структурах солнечных магнитных полей хромосферы и короны, перенесенных в межпланетную среду плазмой солнечного ветра. Предложено модельное описание наблюдательных данных.
PACS: 96.60 ge
ВВЕДЕНИЕ
В работах [1, 2] была рассмотрена вспышка солнечных космических лучей с энергией протонов больше 1 МэВ. Особенность этого события состояла в том, что на фазе роста потока до максимума (более 20-и часов), наблюдалась затухающая осцилляция потока и знакопеременная осцилляция его анизотропии (рис.1). Период осцил-ляций был около 3-х часов, по 20-минутным данным измерений. Амплитуда анизотропии убывала от ±90% до ±20% и зависела от энергии солнечных космических лучей. По 2-минутным данным фаза роста потока состоит из отдельных часовых противофазных импульсов. Регистрировались и одиночные 2-минутные импульсы. Моменты смены знака анизотропии для протонов и альфа-частиц разных энергий совпадают с точностью ±1 минута. Отмеченные выше особенности и их параметры указывали на регистрацию в межпланетной среде системы петель межпланетного магнитного поля. Такая структура должна была иметь адекватную форму в солнечном магнитном поле. Это заключение основано на наших работах по диагностике межпланетного магнитного поля, солнечного ветра и их источников в солнечной активности [3-9]. В событии 19.III.1990 г. реализовалось сочетание нескольких факторов, позволивших "увидеть" эту весьма тонкую структуру межпланетного магнитного поля.
Поток солнечных космических лучей от сильной солнечной вспышки с началом в 04.38 ит балла 1В/Х1.5 с координатами N32W40 "осветил" межпланетное магнитное поле, заселив его энергичными частицами, и образовал локальные радиационные пояса Солнца [7, 8]. Западная долгота вспышки близка к точке соединения спирали Архимеда с Землей ^57) и приближалась к ней с течением времени за счет вращения Солнца.
Межпланетная среда была весьма спокойна, хотя 18.Ш в 11.15 ит была вспышка с координатами Б35Е31 балла 1В/М3.2 с радиоизлучением II типа балла 2 [12]. Но этот момент совпал с прохождением ИСЗ Гранат радиационного пояса Земли. Вероятно, что с этой вспышкой связаны: внезап-
+р = 1-2 МэВ
10-1 80
1-2 МэВ
19.0 19.5
20.0 20.5 21.0 Март 1990 г.
Рис. 1
21.5 22.0 дни
ное начало магнитной бурн ^С) 20.Ш в 22.43, при максимальном значении геомагнитной активности Кр = 7, и короткое форбуш-понижение галактических космических лучей, глубиной до 7% [12]. Это вспышечное возмущение вызвало вариацию солнечных космических лучей на фазе спада. В марте к Земле обращено южное полушарие Солнца, а вспышка произошла в северном полушарии. Такое расположение противоположно ситуации в сентябре 1973 года (вспышка в 12.00 ит 7.1Х.73 г. балла 1В-3В, в S18W46) [3], когда наблюдалась знакопеременная анизотропия, но более крупного масштаба.
ВСПЫШЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ И СОЛНЕЧНЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ
В марте 1990 г. было много солнечных вспышек, но балла F и N. Они происходили в двух основных активных центрах, расположенных в северном и в южном полушариях. В южном полушарии активные центры имели более высокую активность и сложную структуру солнечных магнитных полей [12]. Лишь малая часть всех вспышек сопровождается радиоизлучениями II и IV типов, а вот V тип встречается часто. Вероятно, это связано с малой силой вспышек, выбросы от которых не смогли преодолеть гравитацию.
Для поиска структуры в солнечной атмосфере, адекватной данным по солнечным космическим лучам, рассмотрим все данные по протонам и альфа-частицам с 20-и и 2-х минутным временным разрешением. Рассмотрим кроме основного возрастания солнечных космических лучей с 19 по 22.Ш. все данные за март 1990 г. Было очень слабое возрастание 3.Ш. малое возрастание 8.Ш. основное самое большое 19.Ш. и большое, раздвоенное 28 и 30.Ш.
Наше внимание будет обращено на форму временного профиля и на тонкую структуру фазы роста, спада и максимума этих возрастаний.
У главного возрастания 19-21.Ш (рис. 2) хорошо заметна зеркальная симметрия профиля относительно максимума и локальный минимум "щель" на вершине (аналогичные черты заметны и в других возрастаниях).
В тонкой структуре хода интенсивности по 2-минутным данным (рис. 26 и 3а, б, в, г) хорошо заметны, примерно, часовые импульсы "меандры" разделенные "щелями" длительностью от 4-х до 8-и минут. Плоские вершины этих импульсов имеют менее глубокие провалы (особенно на потоке к Солнцу) длительностью в 2 мин. На вершине потока к Солнцу регистрируются отдельные пики (5 штук) длительностью в 2 мин (рис. 26 и 36, в, д). Такая дискретная структура потока солнечных протонов малой энергии адекватна трубкам межпланетного магнитного поля с плазмой солнечного
Счет, имп/с
300 -
250 -
200 " +р = :
150 -
100 1
50 * №
0
400 350 300 250 200 150 100 50 0
600 1200 1800 2400 3000 3600 мин
(б)
+р = 1 - 2 МэВ
1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600мин от 19.III.1990 г.
Рис. 2
ветра обнаруженная нами в [4, 5]. Узкие минимумы солнечных протонов - "щели" соответствуют сильному магнитному полю на цилиндрической поверхности образующей трубку. Менее глубокие провалы потока протонов указывают на существование более тонкой структуры магнитного поля.
СТРУКТУРЫ В КОРОНЕ
Теперь, в соответствии с особенностями потока солнечных космических лучей, вспомним детали фотографий Солнца, сделанные станцией 8КУЬАБ с 29/У по 27.XI.1973 г в диапазоне 2-32 А и 44-54 А [10]. Мы в работе [11], изучая снимки [10], обратили внимание на форму дискретных магнитных, плазменных петель активных областей и арок между ними. Петли активных областей четко были разделены на две части, на два лепестка, плоскости которых развернуты к экватору и к соответствующим полюсам. Они напоминали нам "бабочку". На лимбе Солнца они видны в профиль и всегда асимметричны относительно радиального направления. На этих фотографиях, в южном по-
Счет, имп/с
300 (а)
250 200 150 100 50
350
300 250
(б)
200 150 100 50
2040 2060 2080 2100 2120 2100 2110 2120 2130 2140 2150 2160
400 350 300 250 200 150 100 50
(в)
(г)
м 4
2140
+p = 1-2 МэВ o-o-p = 1-2 МэВ
2210 2230 2250 2270 2290 от. 19.III.1990 г. мин
Рис. 3
лушарии к востоку и к западу от центральной активной области, расположены системы арок соединяющих ее с соседними по долготе активными областями. Эта система так же напоминает бабочку, но с раскрытыми крыльями. Особенно хорошо эти системы видны в деталях и в динамике на снимках и фильмах по данным SOHO и TRACE в линиях 171 А и 195 А. В этих динамических структурах хорошо видна высокая дискретность и широкий спектр масштабов магнитного поля и плазмы. Вспышка возникает, начинается в центральной части активной области (в "теле бабочки"), между ее локальными магнитными полюсами. Вероятно, в марте 1990 г. и наиболее опти-
мально 19.III. через детекторы ИСЗ Гранат прошла межпланетная система петель (рис. 4), перенесенная из хромосферы и короны "бабочка", удачно развернутая солнечным ветром. В качестве наглядного примера системы петель на Солнце на рис. 4а показан негатив кадра по данным TRACE в
линии 171 А (13.III.2001 г. 00.07.31)1, а на рис. 46 показана трехмерная "бабочка" из семи арок, построенная в потенциальном приближении по 14-и зарядам, а на рис. 4в показаны силовые линии поля
1 http://trace.lmsal.com/cgi-brin/trace_get1www_imadge.sh7tri 20010313.0000_0016
Рис. 4
для 4-х зарядов. Рис. 4в имитирует топологию полей в двух активных областях и поле между ними.
МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ
Модуляция профиля солнечных космических лучей однозначно связана со структурой межпланетного магнитного поля и плазмы солнечного ветра. Она хорошо видна и на тех интервалах, где нет явной осцилляции анизотропии. Зеркальная симметрия профиля солнечных космических лучей и ее повторение в других последующих вспышках марта 1990 г. должна быть связана, иметь общность с источниками солнечного магнитного поля и солнечного ветра на Солнце. Такими структурами в солнечной активности могут быть "бабочки" двух типов, описанных выше. Сечения проекций этих структур на детекторы солнечных космических лучей, при вращении вместе с Солнцем, будут соответствовать уменьшению потока солнечных космических лучей при сильных хромосферных магнитных полях и, перенесенных солнечным ветром межпланетных магнитных полях и создавать "щели". А сильные солнечные магнитные поля расположены в теле "бабочек". Крылья "бабочек" дискретны (рис. 4а) и создадут менее глубокие "щели" в потоке сол-
нечных космических лучей. Уменьшение анизотропии со временем связано с двумя процессами. Один процесс - это выход солнечных космических лучей из трубок за счет дрейфовых движений и заполнения среды между трубками. Другой процесс связан с изменением фазового сдвига между потоками солнечных космических лучей от Солнца и к Солнцу. В соответствии со схемой, показанной на рис. 4г, при движении межпланетной петли от Солнца (удаление зеркала) путь частиц по петле к Солнцу будет возрастать, и начальный фазовый сдвиг на 180° будет изменяться, убывать.
Рассмотрим особенности регистрации солнечных космических лучей в марте и в сентябре. В эти периоды года широтные зоны активных центров одного из полушарий максимально приближены к детектору. Следует различать два процесса - отображение структуры солнечной атмосферы в солнечном ветре и в межпланетном магнитном поле в окрестности детектора, и эффективность потока заряженных частиц солнечных космических лучей.
При расположении детектора в прямой и в обратной ветвях мередианальной петли межпла
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.