КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2011, том 49, № 4, с. 318-328
УДК 523.985
ВСПЫШКА С ВОЗВРАТНЫМ ПРОТУБЕРАНЦЕМ: СЦЕНАРИЙ, ЭНЕРГЕТИКА И ПРОГНОЗ
© 2011 г. В. И. Сидоров1, 2, Ю. В. Кузьминых1, С. А. Язев1, 2
Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск 2Астрономическая обсерватория ИГУ, г. Иркутск Поступила в редакцию 02.06.2009 г.
На основании анализа солнечных событий 18.VIII.1995 г. ^N/01.9) на лимбе и 23.IX.1998 г. (3В/М6.9) на диске предлагается новый сценарий вспышки, сопровождающейся возвратным протуберанцем, в котором обратное движение протуберанца является причиной дополнительного энерговыделения и формирования второй системы вспышечных лент. Наблюдения в линиях На, а также потоков рентгеновского излучения в диапазонах 1—8 А и 0.5—4 А дополнены для второго случая данными в линии 1550 А. Сценарий предусматривает две стадии развития. На первой происходит энерговыделение в токовом слое, обеспечивающее как ускорение выброса вверх от солнечной поверхности, так и саму вспышку, включая нагрев вспышечной области, потери на излучение и на теплопроводность. Вторая стадия вспышки обеспечивается энергией падения вещества протуберанца на хромосферу. Вторая пара вспышечных лент, наблюдающаяся в этой стадии, предлагается в качестве хромосферного критерия реализации данного сценария для вспышек на диске. Энергия, высвободившаяся во время первой стадии вспышки 23.IX.1998 г., составила ~3 • 1031 эрг. Часть ее, затраченная на вспышечные процессы, ~0.5 • 1031 эрг. Оставшаяся часть, представляющая энергию выброса, согласуется по порядку величины с рассчитанным значением энергии вспышки во второй стадии, что не противоречит предложенному сценарию. Раннее распознавание такого сценария для вспышек на диске может быть использовано для оперативного прогноза космической погоды. В частности, вспышка с возвратным протуберанцем позволяет прогнозировать отсутствие яркого "ядра" коронального выброса массы.
ВВЕДЕНИЕ
В работе [1] представлена топологическая модель, предусматривающая единый механизм формирования крупной солнечной вспышки и коронального выброса массы. Эта модель основана на анализе хромосферных явлений, наблюдающихся во время мощных вспышек в комплексах активности и крупных активных областях на Солнце. В частности, были выделены, описаны и объяснены в рамках указанной модели такие типы вспышечных активных образований, как кольцеобразные яркие структуры на концах вспышеч-ных лент (СКВЛ) и динамичные эмиссионные периферийные структуры (ПС) [2]. Согласно модели, СКВЛ и ПС представляют собой основания арочного крупномасштабного магнитного жгута на разных этапах развития, который в процессе эрупции поднимается в корону, формируя коро-нальный выброс массы (КВМ).
В настоящей работе, являющейся продолжением первой, показано, что феномен так называемых возвратных протуберанцев может быть объяснен в рамках того же подхода. Как известно, наблюдаемое на лимбе в свете хромосферных линий явление возвратных протуберанцев сводится к следующему. Во время лимбовой вспышки на-
блюдается быстрая эрупция вещества протуберанца, что хорошо видно в картинной плоскости как подъем (вытягивание) протуберанца вверх от Солнца. В дальнейшем происходит замедление движения с последующим переходом к обратному перемещению выброшенного вещества вдоль силовых линий магнитного поля вниз к хромосфере. По-видимому, подобные явления наблюдаются и на диске, однако их достаточно сложно выявлять из-за наложений различных направлений движений вещества во вспышке вдоль луча зрения и неоднозначной интерпретации соответствующих проявлений эффекта Доплера.
В работе показано, что некоторые типы вспы-шечных хромосферных явлений, наблюдаемых на диске Солнца, могут быть интерпретированы, как эрупция протуберанца с последующим падением выброшенного вещества обратно на хромосферу. Наблюдаемые явления укладываются в разрабатываемую авторами концепцию мощного солнечного события, включающего в себя вспышку и выброс вещества. Концепция допускает реализацию по крайней мере двух вариантов сценария события. В первом варианте, вещество выбрасывается с межпланетное пространство, образуя КВМ с ярким "ядром". Во втором варианте вещество эруптивного протуберанца падает
обратно на Солнце и, следовательно, если даже КВМ образуется, то, скорее всего, он будет без "ядра" [3]. Анализ комплексных данных наблюдений позволяет предположить, что по характеру развития ярких хромосферных структур (вспы-шечных лент ВЛ, СКВЛ и ПС) можно осуществлять раннюю диагностику события и делать заключение, будет ли событие сопровождаться ко-рональным выбросом массы либо возвратным протуберанцем. Наблюдения этих явлений на диске обычно затруднены: если событие происходит на диске, то в этом случае и КВМ, и возвратный протуберанец движутся на наблюдателя. На фоне яркого диска Солнца развитие эрупции может быть скрыто от наблюдателя из-за быстрых изменений температуры и невысокой переменной плотности выброшенного вещества. Если растущий КВМ не имеет яркого "ядра" и его угол расхождения невелик, он входит в область зрения коронографа за пределами центральной маски тогда, когда плотность КВМ уже недостаточна для точной диагностики. При другом варианте развития выброса, эруптивный возвратный протуберанец также может быть "замаскирован" яркими деталями вспышечного события на диске. Однозначная интерпретация таких явлений, особенно, когда отсутствуют наблюдения на коронографах LASCO космического аппарата SOHO и в некоторых других диапазонах длин волн, оказывается сложной задачей. Результаты настоящей работы позволяют определить наблюдательные критерии, согласно которым отождествление типа события при наблюдениях на диске упрощается.
ВСПЫШКА С ВОЗВРАТНЫМ ПРОТУБЕРАНЦЕМ 18.VIII.1995 г.
Для изучения сценария событий типа "вспышка — возвратный протуберанец" выполнен анализ достаточно полно наблюдавшегося лимбового события 18.VIII.1995. Хотя событие включало вспышку небольшой мощности, оно наглядно демонстрирует характерные особенности такого класса явлений.
Использованы наблюдения обсерватории BBSO, выполненные в линии На. На восточном лимбе хорошо просматривалось одновременное развитие вспышки и эруптивного протуберанца. Вспышка SN/C1.9 наблюдалась с 17.17 UT (здесь и далее время мировое) по 18.02 с максимумом развития в 17.22 (рис. 1) [4]. Максимум рентгеновского всплеска отмечен в 17.11.
Одно из оснований арочного протуберанца было компактным и находилось непосредственно вблизи вспышечной аркады, второе основание располагалось на значительном удалении от области вспышки. В структуре протуберанца четко проявлялась спиральная закрутка продольных
"прядей" магнитного жгута вдоль арки. Если первое основание видимым образом не изменялось во время вспышки, то второе значительно удлинилось во время фазы максимума вспышки. Первое (компактное) основание расширялось с высотой и напоминало перевернутый усеченный конус. Во втором (удаленном) основании наблюдался процесс "расплетания" закрученной структуры протуберанца над хромосферой. Следует отметить (рис. 1), что хромосферная вспы-шечная эмиссия в удаленном основании была более сильной на его краях по сравнению с ситуацией в центре. При наблюдении подобной ситуации в другом ракурсе (вспышка на диске), хромосфер-ная эмиссия в этом основании, очевидно, выглядела бы в виде яркого кольца на фоне хромосферы, подобно СКВЛ.
Изменения высоты нескольких характерных элементов протуберанца, а также график мягкого рентгеновского излучения (1—8 А) по данным КА GOES представлены на рис. 2. Интервал наблюдений протуберанца, к сожалению, не захватывает начало рентгеновской вспышки, но ретроспективное проецирование положения характерных деталей протуберанца на поверхность Солнца убеждает в том, что начало вспышки и эрупция протуберанца произошли одновременно, что указывает на возможность существования единого источника энергии для вспышки и для эрупции протуберанца.
На второй стадии события наблюдалось ослабление эмиссии вспышечной аркады. Происходило падение вещества протуберанца, сопровождавшееся хромосферной эмиссией в его основаниях. Второй, сравнительно небольшой, максимум рентгеновского всплеска вблизи 17.50 можно интерпретировать как свидетельство дополнительного вспышечного энерговыделения вследствие падения вещества протуберанца. Магнитные "пряди" протуберанца, на порядок превышавшие в максимуме высоту вспышечных петель, снизились в полтора-два раза. Их структура заметно упростилась, пряди магнитного жгута протуберанца сформировали верхний ярус петель над затухающей вспышкой.
Описанные процессы развития лимбового события 18.VIII.1995 г. позволяют предложить новый сценарий развития вспышки, сопровождающейся явлением возвратного протуберанца.
ЭНЕРГЕТИКА И СЦЕНАРИЙ ВСПЫШКИ С ВОЗВРАТНЫМ ПРОТУБЕРАНЦЕМ
Предлагаемый сценарий включает в себя две стадии развития события.
Первая стадия длится от начала события до максимального подъема протуберанца в корону.
Рис. 1. Вспышка с возвратным протуберанцем 18.VIII.1995 г. (данные ВВ80). Стрелками на фильтрограммах показаны характерные долгоживущие сгущения плазмы Ф5 и Ф7.
17.16.58
Важным элементом сценария является недостаточность разгона выброса для того, чтобы он преодолел притяжение Солнца. Его движение вверх
замедляется и прекращается на высоте, близкой к величине радиуса Солнца над уровнем фотосферы [3]. Выброс наблюдается в виде системы скру-
Рис. 1. Продолжение.
ченных волокон (магнитный жгут), укорененных одним основанием вблизи вспышечных лент. Соприкасание спиралевидных магнитных петель выброса и вспышечных петель [1] (см. рис. 1 в [1])
определяет место первичного энерговыделения. Важным фактом представляется совпадение временных интервалов ускорения выброса и роста эмиссии вспышки, наблюдаемой в линии На.
Ф5 Ф5 Ф7 ■ ■ ' \ | ' » А 17.30.54
' -1 17.30.14
Ф5 / И 17.31.17 \ Ф5| л 17.33.15
' Ф7| \ ф7
1 17.35.37 1 17.38.24
* "1 - г; - -—»4 - 17.43.34 г 17.48.54 1
Рис. 1. Окончание.
Энергетические процессы на первой стадии события можно представить следующим образом. Первичное энерговыделение (вспышечное эн
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.