ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2007, том 33, № 3, с. 221-232
УДК 523.985
ТОНКАЯ СТРУКТУРА РАДИОВСПЛЕСКОВ II ТИПА В ДЕКАМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ВОЛН
© 2007 г. Г. П. Чернов1*, А. А. Станиславский2, А. А. Коноваленко2, Э. П. Абранин2, В. В. Доровский2, Г. О. Рукер3
1 Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, Троицк
2Радиоастрономический институт НАН Украины 3Институт космических исследований Австрийской Академии наук Поступила в редакцию 24.06.2006 г.
Приводятся результаты сравнительного анализа тонкой структуры радиоизлучения двух декаметровых всплесков II типа 17 июля и 16 августа 2002 г., наблюдавшихся с помощью 1024-канального спектрографа радиотелескопа УТР-2 в диапазоне 18.5—29.5 МГц и спектрографа ИЗМИРАН в диапазоне 25—270 МГц. Всплеск 16 августа был слабым, ^2—5 се.п., но с необычной тонкой структурой в виде широкополосных волокон (Д/е > > 250—500 кГц), дрейфующих со скоростью, характерной для всплесков II типа, и состоящих из регулярных узкополосных волокон (Д/ > 50—90 кГц на 24 МГц), похожих на жгут волокон. Всплеск 17 июля был на три порядка мощнее (до 4500 с.е.п. на 20 МГц) и включал похожую волокнистую структуру. Узкие волокна отличались нерегулярностью и меньшей длительностью. От обычного жгута волокон они отличались отсутствием поглощений с низкочастотного края и медленным частотным дрейфом (меньше скорости всплеска II типа). Оба всплеска II типа наблюдались и в межпланетном пространстве на спектрах космического аппарата WIND/WAVES RAD2, но без прямого продолжения. Анализ соответствующих корональных выбросов массы (КВМ) по данным SOHO/LASCO C2 показал, что положение радиоисточника всплеска II типа зарегистрированного 16 августа на УТР-2, оказывается между узким КВМ и идущим сзади ударным фронтом, догоняющим КВМ. Всплеск 17 июля тоже приходится на момент, когда ударный фронт догнал КВМ. В таких условиях естественно предположить, что излучение крупных волокон связано с прохождением ударного фронта через узкие неоднородности в хвосте КВМ. Основным механизмом радиоизлучения может быть резонансное переходное излучение. Оба явления характеризуются возможным возникновением вистлеров между передним краем КВМ и ударным фронтом. Вистлеры, возбуждаемые на фронтах ударных волн, проявляют себя только на фоне повышенного излучения крупных волокон (аналогично модуляции континуума во всплесках IV типа). Необычно низкая скорость дрейфа узких волокон может определяться снижением групповой скорости вистлеров внутри неоднородностей до 760 км/с. Магнитное поле внутри неоднородностей, определенное по параметрам волокон на частоте 24 МГц, получается ^0.9 Гс, а плотность должна быть повышена не менее чем в два раза.
Key words: Солнце, радиовсплески, вспышка, волокна, плазменные волны, вистлеры.
FINE STRUCTURE OF DECAMETER TYPE II RADIO BURSTS, by G. P. Chernov, A. A. Stanislavsky, A. A. Konovalenko, E. P. Abranin, V. V. Dorovsky, and G. O. Rucker. We have performed a comparative analysis of the fine structure of the two decameter type II radio bursts observed on July 17 and August 16, 2002, with the 1024-channel spectrograph of the UTR-2 radio telescope in the frequency range 18.5—29.5 MHz and with the spectrograph of the Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere, and Radiowave Propagation (Russian Academy of Sciences) in the frequency range 25—270 MHz. The August 16 burst was weak, ^2—5 s.f.u., but exhibited an unusual fine structure in the form of broad-band filaments (Д/е > 250—500 kHz) that drifted at a rate characteristic of type II bursts and consisted of regular narrow-band filaments (Д/е > 50—90 kHz at 24 MHz)
Электронный адрес: gchernov@izmiran.rssi.ru
resembling a bundle of filaments. The July 17 burst was three orders of magnitude more intense (up to 4500 s.f.u. at 20 MHz) and included a similar filamentary structure. The narrow filaments were irregular and had a shorter duration. These differed from an ordinary bundle of filaments by the absence of absorptions from the low-frequency edge and by slow frequency drift (slower than that of a type II burst). Both type II bursts were also observed in interplanetary space in the WIND/WAVES RAD2 spectra, but without any direct extension. Analysis of the corresponding coronal mass ejections (CMEs) based on SOHO/LASCO C2 data has shown that the radio source of the type II burst detected on August 16 with UTR-2 was located between the narrow CME and the shock front trailing behind that was catching up with the CME. The July 17 type II burst with filaments also occurred at the time when the shock front caught up with the CME. Under such conditions, it would be natural to assume that the emission from large filaments is related to the passage of the shock front through narrow inhomogeneities in the CME tail. Resonance transition radiation may be the main radio emission mechanism. Both events are characterized by the possible formation of whistlers between the leading edge of the CME and the shock front. The whistlers generated at shock fronts manifest themselves only against the background of enhanced emission from large filaments (similar to the continuum modulation in type IV bursts). The reduction in the whistler group velocity inside inhomogeneities to 760 km may be responsible for the unusually low drift rate of the narrow filaments. The magnetic field inside inhomogeneities determined from filament parameters at 24 MHz is found to be ^0.9 G, while the density should be increased by at least a factor of 2.
PACS numbers: 96.60.Hv; 96.60.ph
Key words: Sun, radio bursts, flares, filaments, plasma waves, whistlers.
ВВЕДЕНИЕ
Солнечные радиовсплески II типа притягивают самое пристальное внимание исследователей, поскольку они происходят во время крупных вспышек и вызываются ударными волнами, которые обычно выходят в межпланетное пространство, достигая орбиты Земли. Однако в декаметровом диапазоне волн (10—30 МГц) до недавнего времени ощущался пробел в исследованиях, связанный с отсутствием соответствующих радиотелескопов и адекватной регистрирующей аппаратуры в этом диапазоне длин волн. После модернизации радиотелескопа УТР-2 появились первые сообщения об анализе радиовсплесков II типа в декаметровом диапазоне (Мельник и др., 2004) и тонкой структуры в виде парных всплесков (Мельник и др., 2005).
Однако анализ тонкой структуры пока касался только особенностей типа "елочной структуры" и нерегулярной клочковатой структуры в форме быстро дрейфующих субвсплесков с малыми длительностями. Эти первые результаты уже указывают на большое многообразие особенностей в структуре, присущей всплескам II типа в декаметровом диапазоне. И эта проблема требует отдельного внимания в исследованиях.
В настоящей работе впервые приводится детальный анализ тонкой структуры всплесков II типа в виде дрейфующих волокон, наблюдавшейся на цифровом 1024-канальном спектрографе радиотелескопа УТР-2 с временным разрешением 100 мс в диапазоне 17.5—29.5 МГц. Анализ такой тонкой структуры является ключом к пониманию плазменных процессов высоко в короне, а использование всех современных данных о вспышках в
других диапазонах волн, полученных на космических аппаратах WIND, SOHO, TRACE, позволяет получить дополнительную информацию об особенностях распространения ударных волн, выходящих в межпланетное пространство.
Полосы в излучении и поглощении на фоне континуума солнечных радиовсплеков II—IV типа в метровом диапазоне традиционно подразделяют на два вида: зебра-структуру (ЗС) и волокна с промежуточным дрейфом частоты (IDB или жгут волокон). Обычно они наблюдаются в пульсирующем режиме и на фоне быстрых широкополосных пульсаций радиоизлучения. Они давно изучаются и классифицируются в атласах (Слотье, 1981) и монографиях (Крюгер, 1983). Здесь ставится задача сравнительного анализа аналогичной тонкой структуры в декаметровом диапазоне с известными данными в метровом диапазоне волн. Первые сведения о существовании необычных узкополосных волокон в диапазоне 25—50 МГц появились давно (Томпсон, Максвел, 1962). Однако никаких детальных исследований на современном уровне еще не проводилось.
НАБЛЮДЕНИЯ Общее описание явления 16 августа 2002 г.
После небольшой вспышки балла M2.4/SF на западном краю солнечного диска (активная область AR 0061, N07W83) 16 августа с 05:46 по 06:37 UT наблюдалось несколько радиовсплесков II типа, по крайней мере два всплеска в метровом диапазоне и два межпланетных всплеска (ниже 14 МГц на космическом аппарате WIND/WAVE). По данным обсерватории Кулгура первый всплеск
я
1-ч
2 4 6 8 10 12
184
20
я
Ы 22
л
S 24 н о се
F 26-
(a)
1000-канальный спектограф 16 августа 2002 г. Временное разрешение 100 мс Усреднение 320 мс
28
(б)
07:20:00 07:20:50 07:21:40 07:22:30
Время, UT
07:23:20 07:24:10
Рис. 1. (а) — Спектр в диапазоне 1 — 14 МГц, полученный на WIND/WAVE RAD2 (http://lep694.gsfc.nasa.gov/ waves/waves.html), содержащий три разных всплеска II типа на фоне многочисленных всплесков III типа. (б) — Спектр, полученный на УТР-2, в диапазоне 18.5—29.5 МГц, показывающий необычную тонкую структуру из широкополосных волокон, обладающих сверхтонкой структурой в виде узкополосных волокон.
II типа в диапазоне 180—57 МГц начался в 05:52 ит (http://www.ips.oz.aU/Solar/2/6/l). Непосредственное продолжение его на спектре WIND/WAVES/RAD2 не обнаруживается, но после примерно 06:15 ит на частотах >3.5 МГц появились четыре дрейфующие полосы, образующие попарно гармонические структуры по частоте (характерные для всплесков II типа). Этот межпланетный всплеск показан на рис. 1а на фоне многочисленных всплесков III типа. Затем в метровом диапазоне на спектре Кулгура появился континуум. Его самая яркая часть обнаруживала дрейф к высоким частотам после 06:07 ит. Далее, в 06:17 последовал континуум, медленно дрейфующий к низким частотам (до конца спектра на 57 МГц). Начиная с момента начала наблюдений на УТР-2, в 06:33:23 ит этот медленно дрейфующий континуум регистрировался на частотах 12.5—19 МГц вплоть до 06:40:00 ит. Его прямое продолже
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.