УДК 523.62-726
ВЫТЕСНЕНИЕ КРУПНОМАСШТАБНЫХ ОТКРЫТЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ СОЛНЦА ИЗ ЗОНЫ АКТИВНЫХ ДОЛГОТ И ГЕЛИОСФЕРНАЯ
БУРЯ 3-10 НОЯБРЯ 2004 г.: 1. ДИНАМИКА ПОЛЯ И СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ
© 2010 г. К. Г. Иванов
Учреждение институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк (Московская обл.) e-mail: kivanov@izmiran.troitsk.ru Поступила в редакцию 08.12.2009 г.
Рассмотрена динамика крупномасштабного открытого поля и солнечной активности на 2-м этапе МГД-процесса возникновения и исчезновения 4-х секторной структуры на фазе спада 23-го цикла — этапе вытеснения блокирующего поля из главной зоны активных долгот. В динамике поля обнаружены чрезвычайно быстрые изменения масштабов одного из новых секторов — от экстремально малого ("сингулярности") до обычного, возникшего после всестороннего расширения ("взрыва") "сингулярности" с "отдачей" на зону активных долгот, продвижением фронта МГД-возмущения на запад в направлении вращения Солнца и образованием активной квазитвердотельно вращающейся секторной границы, ответственной за гелиосферную бурю ноября 2004 г. Показано, что внутри "сингулярности" существовала очень мощная, исчезнувшая после "взрыва", группа пятен АО 10656 с площадью до 1540 мдп с сильным дефицитом внешнего энерговыделения и абсолютно негеоэф-фективная, несмотря на близость к гелиопроекции Земли. Предположено, что выход энергии из этой группы был затруднен из-за взаимодействия корональных выбросов с узкими стенками сектора — "сингулярности", значительная часть энергии группы выделялась во внешних слоях конвективной зоны, что привело к "взрыву" "сингулярности" с указанными выше эффектами в крупномасштабном поле и солнечной активности.
1. ВВЕДЕНИЕ
Открывается [Иванов и Харшиладзе, 2007; 2009] интересная перспектива более общего и систематичного подхода к исследованию гелио-сферных (солнечно-земных) возмущений в следующей их последовательности:
1. Возмущения регулярного дифференциального вращения плазмы конвективной зоны с квазитвердотельными, конвергентными, дивергентными и сдвиговыми движениями фотосферных источников крупномасштабных открытых магнитных полей Солнца. 2. Генерация комплексов активности перед квазитвердотельно вращающимися фотосферными источниками крупномасштабного поля, а также в пространстве между источниками, вовлеченными в конвергентные и сдвиговые движения. 3. Накачка магнитной энергии в центры активности с подстройкой нулевых линий активных областей к конфигурации ближайших фрагментов границ крупномасштабного поля. 4. Дестабилизация центров активности с возникновением возмущений, упорядочивающихся как около нулевых линий активных областей, так и около ближайших фрагментов границ крупно-
масштабного поля. 5. Быстрое распространение возмущений по диску Солнца с упорядочением около границ крупномасштабного поля. 6. Автомодельное распространение возмущения в межпланетной среде с тройным параллелизмом между осью магнитного облака, границей крупномасштабного поля и нулевой линией активной области.
Возможности такого подхода подтверждаются и иллюстрируются, в частности, обнаружением на Солнце явления блокировки регулярного дифференциального вращения фотосферных источников крупномасштабного поля с их квазитвердотельным вращением и сверхконцентрацией в зоне активных долгот [Иванов и Харшиладзе, 2009]. Эта блокировка породила на Солнце длительный квазидвухлетний (май 2004—декабрь 2005) упорядоченный МГД-процесс, состоящий из цепочки взаимосвязанных явлений, начавшихся и закончившихся в одной из главных зон активных долгот (300—340 СЕ) и ответственных за возникновения, динамику, геоэффективность и исчезновение четырехсекторной структуры этого поля в указанный интервал времени. Упорядоченной цепочке солнечных явлений соответствовала упорядочен-
ная последовательность гелиосферных и солнечно-земных экстрабурь, а именно: 1) Сверхконцентрация фотосферных источников крупномасштабного отрицательного открытого поля в главной зоне активных долгот, блокировка ими дифференциального вращения, возникновение МГД-воз-мущения в виде 4-х секторной структуры этого поля, бегущего в направлении вращения Солнца с околоальвеновской скоростью (май—июль 2004 г.) — солнечно-земная экстрабуря 25—27 июля 2004 г. 2) Вытеснение блокирующих фотосферных источников крупномасштабного отрицательного открытого поля из главной зоны активных долгот (август—декабрь 2004 г.) — солнечно-земная экстрабуря 7—10 ноября 2004 г. 3) Дрейф вытесненных отрицательных полей в направлении, противоположном вращению Солнца, их сдвиговое движение относительно положительных секторов МГД-возмущения, бегущего в направлении вращения Солнца (январь—май 2005 г.) — солнечно-земные экстрабури 7—8 и 18—21 января, 8, 15 и 30 мая 2005 г.) 4) Частичная регенерация крупномасштабных отрицательных открытых полей в главной зоне активных долгот и ее окрестностях, блокировка ими 4-х секторного МГД-возмуще-ния, бегущего в направлении вращения Солнца и исчезновение (диссипация) 4-х секторной структуры (июнь—декабрь 2005 г.) — солнечно-земные экстрабури 24 августа и 11 сентября 2005 г.
При реализации изложенного выше общего подхода к исследованию гелиосферных возмущений применительно к серии экстрабурь июля 2004—сентября 2005 г. желательно тщательное рассмотрение динамики крупномасштабных открытых полей и связанной с ними динамики и геоэффективности явлений солнечной активности на каждом из этапов описанного выше МГД-процесса. Первые шаги в этом направлении сделаны в нашей исходной работе [Иванов и Харши-ладзе, 2009]. При этом выясняется, что, если на каждом этапе динамика крупномасштабных полей предопределяла с необходимостью появление мощных гелиосферных бурь, то каждая конкретная буря была очень своеобразна по динамике, структуре и геоэффективности. Поэтому желательно выяснить, какие свойства бурь были специфичны для этапов, соответствующих каждой буре, какие были общими, а какие определялись случайными факторами. В частности, показано [Иванов, 2009; 2010], что своеобразие гелиосфер-ной бури первого этапа (см. выше пункт 1) Сверхконцентрация...) определялось сверхконцентрацией фотосферных источников поля в зоне активных долгот, ставшей причиной возникновения двух новых секторов, преобразовавших 2-х секторную структуру в 4-х секторную и вследствие этого, как оказалось: Во-первых, эта буря готовилась в течение трех месяцев (с мая по июль 2004 г.), когда формировалась сверхконцентрация и на Земле не
было ни одной даже малой бури. Во-вторых, конвергентные и сдвиговые движения крупномасштабных полей, возникшие из-за блокировки дифференциального вращения, породили в окрестностях гелиопрекции Земли два мощных комплекса активности: геоэффективный и негеоэффектив-ный, расположенные соответственно в западной окрестности зоны активных долгот и в одном из новых секторов. Первый из них стал источником уникального для 23-го цикла каскада из трех нарастающих по мощности магнитосферных бурь, что обуславливалось сильной, но ослабевающей со временем экранировкой этого комплекса границами новых секторов. Второй, из-за долготной узости нового сектора, затруднявшей выход коро-нальных выбросов, стал источником редких солнечных явлений: отсутствия корональных выбросов после ряда мощных рентгеновских вспышек балла X и возникновения "солнцетрясения" после мощной оптической вспышки балла 3b.
Цель данной статьи — более тщательное рассмотрение 2-го этапа этого МГД-процесса (см. выше пункт 2) Вытеснение...), динамики крупномасштабного открытого поля, солнечной активности и соответствующей гелиосферной бури 3— 10 ноября 2004 г.
В рамках традиционного подхода к исследованию гелиосферных возмущений этой буре посвящен ряд публикаций с обзором и углубленными исследованиями отдельных ее сторон [Ермолаев и др., 2005; Williams et al., 2005; Черток, 2006; Wang et al., 2007; Harra et al, 2007; Dasso et al., 2007; Longcope et al., 2007; Pohjolainen et al., 2007; Bisi et al., 2008; Green et al., 2008]. В обзоре [Ермолаев и др., 2005] дано общее описание солнечных явлений конца октября—начала ноября 2004 г. по данным, доступным через Интернет в рамках международных программ по солнечно-земной физике, а также по оригинальным данным на ИСЗ КОРО-НАС-Ф и радиотелескопе P0TAH-600. Кроме того, предложен вариант привязки околоземных возмущений к солнечным вспышкам и корональ-ным выбросам, проанализированы вариации солнечных космических лучей по данным ИСЗ КО-РОНАС-Ф и галактических — по данным мировой сети нейтронных мониторов; описаны межпланетные мерцания по наблюдениям на Большой Сканирующей Антенне (ФИАН). Основное внимание в обзоре уделено всплеску вспышечной и эруптивной активности, связанной с прохождением по диску Солнца активных областей АО 10691, 10695 и 10696 и влиянию этой активности на межпланетную среду и околоземное пространство. Описаны динамика и конфигурация дим-мингов (транзиентных корональных дыр), обнаружена их трансэкваториальная активность между АО 10696 и 10695 (см. также [Черток, 2006]).
Более детально трансэкваториальная активность между этими АО исследована в работе [Wang et al., 2007] по измерениям приборами SO-HO ультрафиолета (EIT), фотосферных магнитных полей (MDI), корональных выбросов массы (LASCO), Ha — снимкам 4-х солнечных обсерваторий. Обнаружено, что АО 10б9б и 10б95, располагавшиеся соответственно севернее и южнее экватора, образовывали своеобразный магнитный квадруполь, в котором 3—8 ноября возникали, становились яркими и эруптировали с появлением диммингов трансэкваториальные петли, ассоциированные со вспышками в АО 10б9б и сопровождавшиеся корональными выбросами типа 'гало'. Петли имели сигмоидальную форму, димминги распространялись далеко за окрестности этих АО. Всего наблюдалось 7 таких явлений, причем в некоторых случаях эрупции подобно вспышкам в АО сопровождались крупномасштабными трансэкваториальными лентами. Кроме того, 7 ноября в ~3 : 00 UT между этими АО появилось и в ~1б : 15 UT эруптировало волокно, сопровождавшееся второй по мощной в этой серии рентгеновской вспышкой балла X2, трансэкваториальной "вспышкой"
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.