научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ КОРОНАЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ МАССЫ МИНИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ Космические исследования

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ КОРОНАЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ МАССЫ МИНИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ»

КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2007, том 45, № 3, с. 201-210

УДК 523.94; 523.98

ОСОБЕННОСТИ КОРОНАЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ МАССЫ МИНИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ

© 2007 г. М. В. Еселевич, В. Г. Еселевич

Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск esel@iszf.irk.ru Поступила в редакцию 24.10.2005 г.

Корональные выбросы массы (КВМ) с малыми угловыми размерами (d < 10°) имеют наиболее простой вид, в отличие от больших КВМ. Это облегчает задачу по анализу структуры КВМ и исследованию их природы. В данной работе на основе анализа данных LASCO C2 (SOBO) показано, что движение КВМ имеющего малый размер происходит внутри магнитной трубки (луча повышенной яркости) пояса стримеров и приводит к "взрывообразному" увеличению углового размера (быстрому расширению) трубки. Высказана гипотеза, что малый КВМ представляет собой "плазмоид" (ограниченный в пространстве сгусток плазмы с собственным магнитным полем), вброшенный в основание магнитной трубки и движущийся от Солнца вдоль нее.

PACS: 96.50.Uv

1. ВВЕДЕНИЕ

Не смотря на большое количество экспериментальной информации накопленной по коро-нальным выбросам массы (КВМ) и множество предложенных теоретических моделей, природа КВМ остается не ясной [1]. Одна из главных причин этого состоит в том, что наблюдаемая картина больших КВМ - это результат действия нескольких различных процессов, происходящих как одновременно, так и последовательно во времени. И эта картина, как правило, очень сложна. Чтобы максимально упростить задачу, имеет смысл исследовать КВМ минимальных размеров, которые, обычно, двигаются с наименьшими скоростями. Такая идея впервые была высказана в работе [2], в которой было показано, что формирование КВМ связано с движением дополнительных потоков СВ от Солнца в отдельных лучах повышенной яркости (магнитных трубках) пояса корональных стримеров. Целью настоящей работы является исследование динамики КВМ минимальных размеров путем анализа данных коронографа LASCO C2.

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОД АНАЛИЗА

Исходными данными при анализе служили: изображения короны Солнца в белом свете, полученные на коронографе LASCO C2 космического аппарата SOBO. Использовались калиброванные изображения размером 1024 х 1024 пикселей.

Для получения количественной информации из изображений короны в белом свете использо-

валась следующая методика. Для каждого изображения белой короны инструмента С2 строились распределения яркости Р(Л) короны для фиксированного расстояния Я от центра Солнца в зависимости от видимой широты Л отдельно для Е или Ж лимбов. Значения Р даны в единицах средней яркости центра диска Солнца Рт8Ь.

На изображениях короны в белом свете обычно мы имеем дело со структурами, которые выделяются повышенной яркостью и вытянуты вдоль радиуса, т.е. с лучами повышенной яркости. Соответствующие структуры видны на распределениях яркости Р(Л) в виде отдельных пиков яркости. В качестве характеристики яркости отдельного луча использовалась величина РЯ - "амплитуда яркости луча", определение которой было дано ранее в [3]. Возможность введения понятия яркости луча РЯ связано с тем, что луч выделяется на профиле распределения яркости Р(Л) крутизной наклона образующих его двух линий, которые от вершины Рм -максимума яркости луча и вплоть до точек перегиба могут быть представлены прямыми линиями. Это позволяет ввести распределение яркости без "фона" П(Л) = Р(Л) - Р^Л) на фиксированном Я. "Фоновая" яркость Р^Л) определялась как скользящее среднее от исходного распределенияР(Л) с окном усреднения 5Л. Обычно использовалось усреднение по угловому интервалу 5Л = 10°. Смысл такой процедуры - выделить яркость "заключенную" в пределах достаточно узкого луча повышенной яркости, поскольку именно в нем происходят наиболее сильные и быстрые динамические процессы [3], а большая яркость мало меняющегося "фона" мешает их выделению. По полу-

Л, град

3 4 5 6

Я / Я

Рис. 1

ченному распределению П(Л) определялись амплитуда яркости луча РЯ = Рм - Р8 в заданный момент времени t и на заданном расстоянии Я, а также угловой размер луча d, как ширина профи-

ля П(Л) на высоте 1/3 РЯ [3]. Типичное значение углового размера луча составляет d - 2-3°. В отдельных случаях из профилей П(Л), построенных на различных расстояниях Я, составлялись двумерные распределения яркости с вычтенным "фоном" П(Л, Я). Шаг по Я составлял 0.007Я0. К полученным изображениям применялась процедура гистограммного выравнивания, для того чтобы усилить яркость слабосветящихся удаленных от Солнца участков лучей яркости. Очевидно, что при этом терялась количественная информация об яркости. Кроме того, по полученным распределениям П(Л) на различных расстояниях Я строились распределения яркости вдоль радиуса П(Я) на выбранном фиксированном угле видимой широты Л0. Во всех случаях при получении распределения яркости П(Л) отрицательные значения, полученные после вычитания "фона" приравнивались к нулю. Такой прием значительно упрощает вид анализируемых изображений и распределения, что облегчает процесс их анализа [4]. Вцелом, в работе исследовалась динамика распределений П(Л), П(Я) и П(Л, Я) со временем t.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Анализ проведем на примере двух КВМ с малыми размерами, которые наблюдались в поле зрения инструмента С2, примерно, в одном и том же месте на £-лимбе: КВМ 1 - 19.Х.1999 г. с 21.25 ит по 23.24 ит (рис. 1) и КВМ 2 (рис. 2) -20.Х.1999 г. с 00.0бит по 01.2бит (время и далее мировое).

3.1. Анализ КВМ 1. На рис. 1 и 2 представлены распределения яркости с вычтенным "фоном" П(Л, Я) в координатах "радиус-широта" в последовательные моменты времени для двух различных значений "фона" Р^(Л), полученных усреднением по широте на каждом фиксированном радиусе с помощью скользящего среднего по углам, соответственно, 8Л = 10° и 4°.

Из сравнения изображений на рис. 1 и 2 видно, что:

1) Близко расположенные лучи Луч 1 и Луч 2, плохо различимые на рис. 1, отчетливо разделяются на рис. 2;

2) Более четко также становится видно движение полости (области пониженной яркости) с передним фронтом ¥с внутри Луча 1.

На рис. 3 представлена яркость с вычтенным "фоном" П(Л) = Р(Л) - Р8(Л) в последовательные моменты времени на расстоянии Я = 4Я0, с усреднением по углу 8Л = 10° (тонкие кривые) и 8Л = 4° (толстые кривые) при определении "фона". Определение углового размера d дано для Луча 1 в момент времени 22.25 (тонкая кривая). Предполагаемые наложенные друг на друга части профилей Луча 1 и Луча 2 показаны пунктиром. На рис. 3

П(Л) = Р(Л) - Рз(Л) !9х -8Л = 4° •

2 • 10-

4

Я / Я

Рис. 2

21.25

10-10

0L 2 • 10-10 г

10-10

0

2 • 10-10 10-10 0

2 • 10-10 10-10 0

2 • 10-10 10-10

0

Ро/3

-22 -21 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 | | Л, град

Луч 2 Луч 1

видно, что уменьшение угла усреднения от 8Л = = 10° (тонкие линии) до значения 8Л = 4° (толстые линии) при определении "фона", приводит к тому,

Рис. 3

что угловой размер лучей уменьшается, примерно от d - 1.9° до d1 - 1.3°. При этом уменьшается амплитуда яркости лучей РЯ, а яркость между лучами становится равной нулю. В результате, близко расположенные лучи становятся видны раздельно (см., например, распределение, показанное толстой линией, в момент времени 22.25 на рис. 3).

Вследствие этого, анализ динамики КВМ 1 имеет смысл проводить по рис. 2, а оценивать концентрацию плазмы внутри КВМ 1 - по рис. 1 и по соответствующим ему распределениям (показанным тонкими линиями) на рис. 3 (см. ниже).

Характер процессов, связанных с движением КВМ 1, хорошо просматривается на последовательных во времени двумерных распределениях яркости с вычтенным "фоном" (при 8Л = 4°), которые показаны на рис. 2. В момент времени 21.25 видны не возмущенные Лучи 1 и 2. В момент вре-

V, км/с 600

500

400

300

200

100

20.Х

19.Х.1999 г

2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 Рис. 4

мени 22.05 на левом краю внутри Луча 1 появляется темная полость, передний край которой обозначен ¥с. При этом в области полости границы луча несколько расходятся, т.е. угловой размер Луча 1 немного увеличивается. В последующие моменты времени 22.25, 23.05 и 23.25 передняя граница полости перемещается в направлении от Солнца с возрастающей скоростью (светлые кружки на рис. 4). Угловой размер луча в области полости КВМ 1 возрастает от d - 1.9° до dс - 2.8° (определение dс дано на нижней панели рис. 3). При этом в течение всего этого времени Луч 2 остается практически неизменным. То есть наблюдаемые

процессы происходят исключительно в Луче 1 и не затрагивают Луч 2.

Как уже отмечалось выше, выбор угла усреднения 8Л = 10° при определении "фона" дает неискаженный профиль яркости КВМ 1 (рис. 1). Для этого случая на рис. 5 показаны распределения яркости вдоль Луча 1 по радиусу Я на видимой широте Л0 = -15.8° (£-лимб) для трех последовательных моментов 19.Х. На рисунке видно, что КВМ 1 представляет собой не только область пониженной, но конечной по величине яркости с минимумом в точке В (полость) и с передней границей полости со средней точкой ¥с, но также и область повышенной яркости (горб) впереди полости с максимумом в точке А. Все это образование распространяется с примерно одной скоростью, зависимость которой от расстояния от центра Солнца Я приведена на рис. 4 (светлые кружки). Это распределение яркости является типичным для обычно наблюдаемых КВМ. Но в нем есть новый неожиданный момент: эта структура движется внутри луча повышенной яркости (магнитной трубки), а раздвинутые стенки луча являются границами КВМ. При этом угловой размер КВМ dC -- 2.8° необычно мал и превышает первоначальный угловой размер луча всего в 1.5 раза.

3.2. Анализ КВМ 2. На рис. 6 и 7 представлены в последовательные моменты времени распределения яркости с вычтенным "фоном" П(Л, Я) =

П(Я) 5 • 10-10

г10

2.5 • 10

0

1.5 • 10-10 1.0 • 10-10 5 • 10-11 0

1.5 • 10-10 1.0 • 10-10 5 • 10-11

Т7

22.05

2.4 2.8 3.2 4.6 4.0 4.4 4.8 5.2 5.6 6.0 6.4

Я/Я0

Рис. 5

4

Я / Я0

Рис. 6

= Р(Л, Я) - Р8(Л, Я) для двух различных величин угла усреднения при определении "фона", соответственно: 8Л = 30° и 10°. Величина 8Л возросла примерно в 3 раза по сравнению с предыдущим случаем, т. е. при

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