КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2008, том 46, № 1, с. 90-93
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 523.985
РЕНТГЕНОВСКИЕ ВСПЛЕСКИ И ВОЗМОЖНЫЙ СЦЕНАРИЙ СЛАБЫХ
СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК
© 2008 г. Н. Ф. Писаренко, И. К. Мирзоева
Институт космических исследований РАН, г. Москва Поступила в редакцию 10.01.2006 г.
PACS: 96.60.qe
ВВЕДЕНИЕ
В работе [1] были приведены аргументы в пользу того, что вспышка, точнее процесс ускорения частиц в ней, представляют собой совокупность явлений в отдельных элементарных актах энерговыделения. Представляется разумным предположение о том, что в активной области на Солнце развиваются мелкомасштабные токовые слои, в которых энергия токов переходит в энергию ускоренных частиц и в нагрев плазмы.
Общий подход объяснения вспышек как суммы более слабых событий уже предлагался также в работе [2]. Идеи, высказанные в [3], [9], мы здесь стараемся исследовать и обобщить с привлечением нового, полученного нами материала по очень слабым всплескам рентгеновского излучения Солнца. Эти явления были зарегистрированы при помощи детектора рентгеновского излучения РФ-15И-2, установленного на спутнике ИНТЕРБОЛ -Хвостовой зонд. В те редкие дни в ходе солнечного цикла, когда рентгеновский фон в диапазоне от 2 до 5 кэВ падал до 10-9 Вт/м2 регистрировались микровспышки, выделенные нами в группу событий класса 0 [3]. Эти явления являются более слабыми, чем микровспышки класса А, регистрируемые уже в течении нескольких минимумов циклов солнечной активности на спутнике GOES. Считая, что региструемые нами события являются проявлениями некоторых элементарных актов энерговыделения, постараемся понять насколько вспышку можно считать суммой таких процессов.
Слабые вспышечные события ранее лучше всего наблюдались на снимках и фильмах, полученных на космическом аппарате TRACE в нескольких диапазонах крайнего ультрафиолета [4]. Часто эти явления рассматриваются как проявление динамической активности двух типов. Первый - микровспышки, в основном тепловой природы, появляющиеся вблизи нейтральной линии магнитного поля. Второй - импульсные события, которые появляются вблизи или непосредственно внутри полутени пятен. Этот второй тип явлений более подробно был изучен в работе [5]. В частности, там показано, что мелкомас-
штабная активность в коротковолновых линиях коррелирует с общим количеством микровспышек, наблюдаемых вблизи пятен. Совокупность ярких точек в крайнем ультрафиолете наблюдается уже как вспышка класса А в мягком рентгеновском диапазоне.
АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Наиболее интересными представляются наблюдения слабых вспышек рентгеновского излучения во второй половине 1995 года, когда в течение 193 часов наблюдалось 296 микровспышек. В это число вошли 16 микровспышек класса В, 139 - класса А и 141 событие класса 0. Частота появления микровспышек составляла от 2 до 4 в час за все время наблюдения. При этом максимум частоты появления событий пришелся на 8.ХП.95г., когда за 21 час непрерывных наблюдений были зарегистрированы в среднем 4 события в час.
Характерный пример этих наблюдений показан на рисунке. Здесь наглядно видно, что амплитуда самых слабых вспышек, выделяемых на GOES - класс А в несколько раз выше, чем события 1-11 класса 0 в наших данных. Важно подчеркнуть, что в отличие от двух энергетических каналов спутника GOES наши наблюдения проводились в 4 каналах в диапазоне от 2 до 15 кэВ.
В 1995 году рентгеновский фон Солнца был самым низким за цикл солнечной активности, что и позволяло выделять такие слабые события. При выделении столь слабых событий учитывались три фактора: 1) критерий отбора события по определению начальной фазы, максимума и конечной фазы события (за начальную фазу события принималось монотонное возрастание показаний прибора над уровнем фона в течение не менее 10 с, за конечную фазу события принималось монотонное убывание показаний после максимума до уровня фона); 2) критерий статической значимости события - за статистически значимое событие принималось событие, в котором максимум рентгеновского потока превышал среднеквадратичную ошибку от-
Поток рентгеновского излучения 15.XII.1995 г.
T, UT
Рисунок.
клонения а на величину >3а; 3) критерий совпадения - совпадение события, зарегистрированного на спутнике ИНТЕРБОЛ - Хвостовой зонд с аналогичным событием, зарегистрированным на спутнике GOES (рисунок).
В последующем, на несколько более высоком фоне, регистрировались микровспышки класса А, например 5.VI-6.VI.97 г. (рис. 4 в работе [6]). В этот период микровспышки особенно четко выделялись в диапазонах 3-5 и 5-8 кэВ, по сравнению с энергетическими диапазонами 2-3 и 10-15 кэВ. Самые малые события, выделенные на низком фоне, в этот период минимума активности в 1995г. в основном регистрировались в самом мягком диапазоне рентгеновского спектра в каналах 2-3 и 35 кэВ. Микровспышки класса А, наблюдающиеся на более высоком фоне, регистрировались главным образом в диапазоне 3-8 кэВ.
Большинство всплесков класса А, по форме характеризуются довольно резким подъемом потока излучения (передний фронт) и за тем его медленным спадом (задний фронт). Вероятнее всего, в этом случае наблюдается тормозное излучение пучков электронов, ускоренных до соответствую-
щих энергий. Подчеркнем, что самые слабые всплески класса 0, скорее всего, совпадают с яркими точками в крайнем ультрафиолете и фактически процесс ускорения связан с появлением так называемых "убегающих" электронов. Более важным является то, что микровспышки А, характеризующиеся уже заметным числом ускоренных частиц, не сопровождаются появлением большого коронального источника в мягком рентгеновском излучении 2-3 кэВ.
Таким образом, имеются основания полагать, что во вспышках класса 0 процесс ускорения электронов только начинается, в событиях класса А он уже выражен более отчетливо. Этот процесс начинается в токовых слоях, но выделяющейся в это время энергии еще не достаточно для того чтобы заметное количество плазмы испарялось в корону и формировались корональные петли - источник мягкого рентгеновского излучения вспышек.
Кроме информации о потоках излучения в различных диапазонах имеет смысл обратиться к анализу жесткости излучения. При низкой активности Солнца 1995-1996 гг. микровспышки главным образом регистрировались в диапазоне 2-5 кэВ, но
92
ПИСАРЕНКО, МИРЗОЕВА
уже в 1997 г. часть из них появляется в канале 58 кэВ, что продолжается фактически до начала максимума активности. В максимуме активности -конец 1998-1999 гг. микровспышки "захватывают" диапазон 10-15 кэВ. Следует отметить, что это происходит при увеличении жесткости фона и синхронном росте его флуктуаций в тех же диапазонах энергий. Это еще раз подчеркивает связь микровспышек и рентгеновского фона [6], [7].
Существенным вопросом для нашего анализа является следующий: можно ли рассматривать вспышки С1-С3, большинство из которых чаще всего имеют импульсный характер, как некоторую суперпозицию явлений класса А. Скорее всего, при интенсификации процесса ускорения он достаточно долго остается локализованным в нескольких соседних структурах. При этом, однако, развития систем больших вспышечных петель не происходит. Довольно кратковременное рентгеновское излучение в каналах, вплоть до 15 кэВ, может свидетельствовать просто о тормозном происхождении излучения частиц, которые ускоряются в токовом слое и гибнут в хромосфере. Рост количества ускоренных частиц в более высоком диапазоне энергий происходит при переходе к вспышкам класса С, но, по-видимому, достаточно постепенно. Такие относительно простые процессы выделения энергии в токовых слоях небольших размеров вполне могут обеспечить необходимый темп ускорения.
Мы проанализировали так же уровень солнечной активности в те периоды, когда наблюдались серии микровспышек. Они охватывали период, близкий к минимуму цикла. Появление большинства микровспышек связано с эволюцией пятен -изменением их площади, т.е. с изменением магнитного потока при его движении из зоны конвекции в фотосферу. Следует отметить, что само существование неизменного стабильного пятна не обязательно приводит к развитию нестационарных процессов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Крупная вспышка - это результат резкой перестройки плазменно-магнитной конфигурации, происходящей со значительным освобождением энергии. Отметим, что такая вспышка - это интегральное явление, связанное со многими физическими процессами, которые происходят во вспышечной области и, по-видимому, накладываются друг на друга.
Таким образом, проведенное рассмотрение дает некоторые экспериментальные свидетельства в пользу общего взгляда, высказанного в [1] и [9] на вспышку как суперпозицию отдельных актов элементарного энерговыделения. Эти акты энерго-
выделения, вероятнее всего, происходят в мелкомасштабных структурах токового слоя.
Появление вспышек, согласно идеям С.И. Сы-роватского, связывается с возникновением и развитием токовых слоев в различных плазменно-магнитных конфигурациях активных областей.
Используя некоторые теоретические данные из работы [1] и новые экспериментальные данные, приведенные в работах [9], [3], [6], выскажем обобщающий взгляд на структуру вспышечного процесса.
Можно предположить, что реальный токовый слой имеет неоднородную структуру - состоит из отдельных волокон, каждое из которых развивается неодновременно с соседними [8]. При такой структуре в токовом слое возможно возникновение микроразрывов. В каждом микроразрыве возникает электрическое поле, ускоряющее электроны и ионы, которые генерируют рентгеновское излучение, наблюдаемое нами в диапазоне от 2 до 15 кэВ. Такой отдельный разрыв мы можем связать с элементарным актом вспышечного энерговыделения. При этом вспышка будет выглядеть как цепочка довольно быстрых элементарных актов энерговыделения в хромосфере или короне Солнца с последовательной перестройкой плаз-менно-магнитной конфигурации как в окрестности каждого такого акта энерговыделения так и в волокне токового слоя в целом. Вспышка, при таком подходе, напоминает последовательность событий, состоящую из серии небольших актов энерговыделения [9].
В слабых по мощности вспышках не наблюдает
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.