АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2011, том 88, № 9, с. 912-919
УДК 523.98
ОБ ИЗЛУЧЕНИИ СОЛНЦА В ЛИНИИ ВОДОРОДА 3.04 см ПО НАБЛЮДЕНИЯМ АКТИВНОЙ ОБЛАСТИ NOAA 10105
© 2011 г. Н. Г. Петерова1, Н. А. Топчило2, Т. П. Борисевич3
1 С.-Петербургский филиал Учреждения Российской академии наук
Специальной астрофизической обсерватории РАН, С.-Петербург, Россия
2С.-Петербургский государственный университет, С.-Петербург, Россия
3Учреждение Российской академии наук Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН,
С.-Петербург, Россия Поступила в редакцию 20.10.2010 г.; принята в печать 13.01.2011 г.
При исследовании структуры и динамики источника микроволнового излучения на Солнце над активной областью NOAA 10105 (7—20.09.2002) по наблюдениям на радиотелескопе РАТАН-600 с частотным разрешением ~10% была обнаружена спектральная особенность в диапазоне 3.04 см, которая может быть интерпретирована как проявление линии нейтрального водорода. Особенность наблюдалась 11.09.2002 и была отмечена в спектре различных структурных компонент источника (пятно, флоккул, фоновые поля), проявляясь как в поглощении, так и в излучении. Максимальная глубина линии наблюдалась в момент начала наблюдений (9^ UT) во флоккульной компоненте в поглощении и составляла (35 ± 5)% от яркости источника. Интенсивность излучения в линии быстро падала со временем и к 9^ UT ее величина стала меньше ошибок измерений. Наиболее вероятно, что эффект проявления излучения в линии 3.04 см связан с хромосферной вспышкой класса 2В (всплеск М2.2 в рентгеновском диапазоне), происшедшей в UT во флоккульном поле поблизости от основного пятна активной области NOAA 10105. При этих предположениях общая длительность явления составила около 2 ч. Результаты наблюдений данного единичного случая не противоречат результатам статистических исследований, выполненных ранее, уточняя их на основе новых данных, полученных с более высоким пространственным разрешением. Сформулированы рекомендации по продолжению экспериментальных исследований излучения Солнца в линии водорода 3.04 см, отмечена необходимость развития теории образования линии 3.04 см с учетом неравновесного состояния плазмы в активных областях.
1. ВВЕДЕНИЕ
В сложном спектре излучения Солнца линия атомарного водорода на частоте 9850 МГц (3.04 см), связанная с переходом 22Р3/2—22Б1/2 между уровнями тонкой структуры нейтрального водорода, занимает особое место. Это практически единственная линия водорода, которую в радиодиапазоне можно ожидать в излучении Солнца. Впервые на перспективность наблюдений Солнца в линии Н3.о4 было указано в 1952 г. Уайлдом
[1], поддержанного в 1959 г. работой Де Ягера
[2]. Оценки [1, 2], позднее дополненные Зеленкой
[3] и выполненные в рамках модели "спокойного" Солнца, однако, показывали, что большой интенсивности излучения (поглощения) в линии Н3.04 ожидать не приходится, если населенность уровней определяется соударениями в условиях теплового равновесия. При этом указывалось, что вероятность должна значительно увеличиваться в резко неравновесных условиях. В монографии
Железнякова [4] подчеркиваются трудности экспериментального исследования эффектов линии, так как они должны маскироваться сильно поляризованным излучением в непрерывном спектре, связанным с активными областями Солнца.
Первая попытка наблюдений на обсерватории NERA [2] не дала определенного ответа, затем в течение 30 лет (1958—1988 гг.) поиском солнечной линии Н3.04 занимались А. Дравских и З. Дравских [5—8]. Согласно итоговой работе [8], в которой суммированы результаты исследований "спокойного" Солнца (188 спектрограмм) по наблюдениям с низким пространственным разрешением, оценка интенсивности линии Н3.04 составляет в максимуме (1.55 ± 0.02)% от уровня континуума. Там же приведен профиль линии, который по мнению авторов предварительно следует считать достаточно хорошо совпадающим с предсказанным в работе [1], однако авторы указали, что полученные ими
результаты нуждаются в подтверждении на основе наблюдений с высоким угловым разрешением.
Наблюдения Солнца на радиотелескопе РАТАН-600 с разрешением ^28" (на волне 3 см) ведутся с 1976 г.; спектральный диапазон этих наблюдений и величина спектрального разрешения благодаря работам Богода и др. [9, 10] постоянно увеличиваются. В силу указанных возможностей, наблюдения Солнца на РАТАН-600 пригодны для поиска и исследования линии водорода.
Ранее нами при исследовании структуры и динамики источников Б-компоненты радиоизлучения Солнца по наблюдениям на радиотелескопе РАТАН-600 были замечены некоторые особенности характеристик активной области (АО) ЫОЛЛ 10105 на частотах вблизи частоты линии Н3.04 [11]. Задача настоящей работы состоит в выяснении на основе наблюдений данной группы пространственно-временного распределения отмеченного явления, выяснения возможных причин его возникновения, оценки возможностей и перспектив его дальнейшего исследования.
2. НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ
Наблюдательный материал, послуживший основой нашего исследования, был получен на радиотелескопе РАТАН-600 в сентябре 2002 г. (ftp://ftp.sao.ru/pub/sun/). Одномерное пространственное разрешение на волне ^3 см составляло ~28", частотное разрешение в диапазоне 1.83—30 см составляло 5%—10%. Дополнительным материалом служили данные радиогелиографа ЫоНИ на волне 1.76 см и радиотелескопа ССРТ на волне 5.2 см, публикуемые на сайтах ftp://solar.nro.nao.ac.jp/ и ftp://iszf.irk.ru/ssrt/.
Для анализа наблюдательного материала применялась методика, разработанная А.Н. Коржави-ным и реализованная в виде штатной программы обработки Гараимовым [12] с той лишь разницей, что в отличие от обычно используемых параметров I и V анализ проводился в К- и L-поляризациях, в которых эффекты присутствия линии Н3.04 проявляются более контрастно.
Метод поиска излучения Солнца в линии Н3.04, применяемый нами, аналогичен методу, предложенному Дравских [5]. Мы анализировали наблюдения вблизи частоты линии, измеряя спектральную плотность потока излучения в трех соседних точках диапазона — на волнах 2.90—3.06—3.21 см. Соответствующие этим волнам частоты 10.35— 9.80—9.35 Ггц, полоса пропускания в каждой точке ^300 МГц. Считая, что в этом диапазоне спектр фонового излучения носит монотонный характер, мы искали отклонения от него на волне 3.06 см.
Представляется, что основной принцип этого метода будет применяться и в дальнейшем для наблюдений с более высоким спектральным и пространственным разрешением.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ
АО ЫОЛЛ 10105 по своей морфологической структуре на уровне фотосферы выглядела как очень крупное одиночное пятно, окруженное ярким флоккулом (рис. 1). Подробное описание исследования этой АО см. в [13].
На сканах Солнца, полученных на РАТАН-600 с высоким одномерным разрешением, АО ЫОЛЛ 10105 выделяется как источник повышенной яркости, структуру которого можно разбить на две детали (рис. 2): восточную деталь А — яркий компактный источник, ассоциирующийся с основным пятном, — и смещенную к западу менее яркую протяженную деталь В, отождествляемую с флоккульным полем.
Узкополосная спектральная особенность в излучении АО ЫОЛЛ 10105 вблизи частоты линии Н3.04 была замечена по наблюдениям за 11.09.2002 г. — структура скана на волне 3.06 см в этот день выделялась по сравнению со сканами в остальные дни, а также сканами на соседних волнах 2.90 и 3.21 см (рис. 2). Наиболее очевидно это для протяженной детали В. Обращало на себя внимание то, что монотонность нарушалась не скачкообразно, как это можно было бы ожидать для излучения в переходной области, а путем "выпадения" точки на частоте 3.06 см на фоне монотонного спектра. Результаты обработки наблюдений с использованием обычной для РАТАНа методики измерений спектральной плотности потока излучения показаны на графиках рис. 3. Видно, что эффект линии Н3.04 наблюдается для всех деталей структуры АО (пятенного источника, флоккульного источника и "спокойного" Солнца), но с различной степенью контрастности — эффект максимален для детали В (К-мода), принадлежащей флоккульному полю, и он составляет ^(30 ± 5)%.
Для увеличения достоверности полученного результата нами была выполнена обработка наблюдений АО ЫОЛЛ 10105 на радиотелескопе РАТАН-600 несколько иным способом — на основе измерений антенной температуры Т в отдельных точках скана (на рис. 2 они отмечены буквами А, В, С), отсчитывая ее от фонового уровня "неба". Наблюдения этим способом были проанализированы не только в момент местного полдня (~9.2Ь иТ), но и через 0.5, 1.0 и 1.5 ч после него. Результаты обработки показаны на рис. 4, где представлена величина ^ — глубина линии, вычисленная на основе измерений антенной
температуры Т3.06 в точке максимальной яркости для источников А и В на волне 3.06 см по формуле
dT Т
T3.06 — Тз.
06
Тз.
100,
06
где Тз.об ~~ антенная температура на волне 3.06 см в отсутствие излучения в линии Н3.04, вычисленная путем линейной интерполяции между значениями антенной температуры на волнах 2.90 и 3.21 см. Видно, что максимальный эффект присутствия линии Н3.04; выявленный таким методом, приходится
на момент времени 9.2h UT и составляет (35 ± 5)%, что хорошо совпадает с результатами анализа на основе измерений потока. Далее (в течение 0.5—1 ч) глубина линии падает до фоновых значений.
Динамика события сопоставлена с данными GOES (рис. 5а). Анализ показывает, что практически весь профиль GOES-события с 7.5h UT до 10.5h UT (исключая вторичный максимум в момент наблюдения 1.5^) можно считать обусловленным событиями в одной АО — NOAA 10105. Необходимо особо отметить, что слабая вспышка типа SF сопровождается выбросом (ERU). В целом наблюдения на РАТАН-600 выполнены позднее главного максимума и приходятся на период, который можно классифицировать как РВ! (post burst increase) импульсного события мощностью М2.2 с максимумом в ~7.5h UT. Можно сделать вывод о том, что с большой степенью вероятности эффект линии Н3.04 имеет генетическую связь с хромосферной вспышкой (2В) и событием в рентгеновском диапазоне (М2.2), причем вспышки происходили во флоккульном поле поблизости от
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.