ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2011, том 75, № 6, с. 845-847
УДК 523.985-125
ЗАВИСИМОСТЬ ВЕЛИЧИНЫ ФОРБУШ-ПОНИЖЕНИЙ ОТ ПАРАМЕТРОВ СОЛНЕЧНЫХ ЭРУПЦИЙ © 2011 г. И. М. Черток1, А. В. Белов1, В. В. Гречнев2
E-mail: ichertok@izmiran.ru
По материалам 23-го солнечного цикла показано, что имеет место тесная статистическая связь между количественными параметрами диммингов и аркад, вызываемых солнечными корональными выбросами (CMEs), с одной стороны, и величиной нерекуррентных форбуш-понижений потока галактических космических лучей, а также временем распространения межпланетных возмущений от Солнца до Земли — с другой. Параметры диммингов и аркад, в частности их суммарный магнитный поток продольного поля на уровне фотосферы, определялись по данным телескопа крайнего ультрафиолетового диапазона SOHO/EIT в канале 195 А и магнитограммам SOHO/MDI. Полученные результаты означают, что характеристики и время распространения межпланетных возмущений до Земли в значительной мере определяются измеряемыми параметрами солнечных эрупций и могут оцениваться заблаговременно по наблюдениям диммингов и аркад в крайнем УФ-диапазоне.
ВВЕДЕНИЕ
Нерекуррентные возмущения космической погоды в виде геомагнитных бурь и форбуш-пониже-ний (ФП) потока галактических космических лучей вызываются солнечными выбросами (coronal mass ejections; CMEs), которые при распространении от Солнца трансформируются в межпланетные облака (ICMEs) (см., например, [1, 2]). Эрупция крупных CMEs на Солнце сопровождается формированием постэруптивных (ПЭ) аркад и диммингов (рис. 1). Увеличивающиеся в размерах аркады ярких петель образуются на месте располагавшегося до эрупции магнитного жгута, выброшенного в виде CME. Димминги (или транзиентные, т.е. временные, ко-рональные дыры) — это крупномасштабные области пониженной яркости крайнего УФ (КУФ) и мягкого рентгеновского излучения, которые возникают в короне в результате коронального выброса и отождествляются с основаниями эруптировавших магнитных структур. В качестве основной предпосылки принято, что димминги и ПЭ-аркады визуализируют корональные структуры, вовлеченные в CMEs.
До сих пор в аспекте космической погоды использовалась только качественная информация о диммингах и аркадах как средство выделения CMEs, образующихся в результате эрупции на видимом солнечном диске. Между тем, исходя из природы диммингов и аркад, можно ожидать статистическую связь их количественных параметров с интенсивностью геомагнитных бурь и ФП [3]. Анализ такой связи логично начать именно с ФП, поскольку интен-
Учреждение Российской академии наук Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, Троицк.
Учреждение Российской академии наук Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН, Иркутск.
сивность геомагнитных бурь зависит от величины и знака ^-компоненты магнитного поля в ICMEs, а глубина ФП не зависит от знака Вг и определяется напряженностью магнитного поля в облаке, а также его скоростью и размерами [4]. В данной статье представлены предварительные результаты сопоставления величин ФП, вызываемых CMEs/ICMEs, с количественными параметрами соответствующих диммингов и аркад, а также результаты анализа связи между этими параметрами и временем распространения межпланетных облаков от Солнца до Земли (так называемым транзитным временем).
1. ДАННЫЕ И МЕТОДИКА
Для оценки параметров аркад и диммингов анализировались изображения Солнца в канале 195 А (преобладающая линия Бе XII, характеристическая температура 1.3 МК), полученные на космическом телескопе КУФ диапазона 80И0/ЕГГ [5]. Обработ-
Рис. 1. Эрупция 3 апреля 2010 г.: а — разностное изображение Солнца в канале 195 А с диммингами (темные области) и ПЭ-аркадой (яркая структура); б — контуры выделенных диммингов и аркады на фоне магнитограммы МО!.
1
846
ЧЕРТОК и др.
Af, % 30 25 20 15 10 5
0
j_I_I_I_i_
T, ч
100 f б
80 L А
60 - fa-
40 -
20 -
-j 0 , i ,
j_I_I_I_i_
200 400 600 800 1000
200 400 600 800 1000 Ф, 1020 Мкс
Рис. 2. Зависимость величины форбуш-понижения (Лр) (а) и транзитного времени (Т ) (б) от суммарного магнитного потока диммингов и аркад на уровне фотосферы (Ф) для одиночных событий, уверенно отождествленных с конкретной солнечной эрупцией из центрального сектора солнечного диска. Квадраты относятся к эрупциям в активных областях, треугольники — к эрупциям волокон вне активных областей.
ка данных выполнялась разработанной для этой цели программой IDL, с помощью которой проводятся: калибровка исходных FITS-файлов EIT компенсация солнечного вращения и формирование разностных изображений [6]; выделение диммингов и ПЭ-аркад, образующихся в области эрупции анализируемого СМЕ; измерение по выбранным критериям площадей и потоков излучения (суммарной яркости) в областях диммингов и аркад; совмещение полученных изображений диммингов и аркад с магнитограммами SOHO/MDI [7] и вычисление магнитных потоков на фотосфере, соответствующих этим образованиям. В ходе анализа выявлены пороги относительных изменений яркости, оптимальные для оценки параметров диммингов и аркад. Критерием выделения существенных диммингов считалось снижение яркости вследствие эрупции более чем на 40%. Для ПЭ-аркад оптимальным оказался критерий, выделяющий площадку над центром эрупции, в которой яркость КУФ-излучения превышает 5% от максимальной в данный момент времени.
На первом этапе проанализированы около 70 крупных событий 23-го цикла (1997—2008 гг.), в которых, по данным Coordinated Data Analysis Workshop (CDAW; см. [8]), наряду с ФП имели место геомагнитные бури с индексом |Dst| > 100 нТл, с большой долей вероятности отождествленные с эрупцией конкретных CMEs из центральной зоны видимой полусферы Солнца в пределах ±45° от центрального меридиана. Большинство этих эрупций происходило в активных областях, но некоторая часть событий была связана с эрупци-ей волокон вне активных областей. В качестве характеристики ФП принималась его максимальная величина, соответствующая жесткости 10 ГВ, которая определялась по данным мировой сети станций с использованием метода глобальной съемки [9, 10].
2. ВЕЛИЧИНА ФОРБУШ-ПОНИЖЕНИИ И ТРАНЗИТНОЕ ВРЕМЯ
Наиболее информативным для данного анализа параметром диммингов и аркад является их суммарный магнитный поток продольного поля на уровне фотосферы (Ф). Результаты его сопоставления с величиной ФП (Лр) представлены на рис. 2а. Видно, что для надежно отождествленных событий имеет место вполне определенная зависимость величины ФП от суммарного магнитного потока диммингов и аркад. При увеличении Ф от 3 • 1021 до 1023 Мкс ожидаемая амплитуда ФП Лр возрастает от 0.8 до 30%. Коэффициент корреляции между Ф и Лр составляет 0.94. Зависимость между суммарным магнитным потоком диммингов и аркад и величиной ФП описывается следующим соотношением линейной регрессии: ЛР(%) = -0.08 + 0.03Ф (1020 Мкс).
Как показал настоящий анализ, параметры диммингов и аркад, в том числе суммарный магнитный поток продольного поля на уровне фотосферы Ф, содержат информацию и о скорости эруптировавших CMEs и, следовательно, о транзитном времени распространения межпланетных возмущений от Солнца до Земли. В данном случае транзитное время (Т) рассчитывалось как интервал между моментом максимума мягкого рентгеновского всплеска, связанного с рассматриваемой эрупцией, и временем прихода к Земле соответствующей ударной волны, которое определялось в том числе по внезапному началу геомагнитной бури (ВС). Рисунок 2б демонстрирует отчетливую связь между суммарным магнитным потоком Ф и транзитным временем Т , которая имеет место для одиночных, надежно отождествленных событий. При увеличении Ф в интервале (30-300) • 1020 Мкс Т резко уменьшается в среднем от 75 до 40 ч. При дальнейшем росте магнитного потока транзитное время продолжает постепенно уменьшаться и при самых больших ожидаемых значениях магнитного потока Ф ~ 1023 Мкс достигает Т ~ 18-20 ч. В целом зависимость между Ф и Т может быть описана следующим соотношением (штриховая линия на рис. 2б): Т (ч) = 85/(1+ 0.004Ф), здесь Ф в 1020 Мкс. При этом коэффициент корреляции между расчетными и наблюдаемыми величинами Т составляет 0.73. Тот факт, что между Т и Ф имеет место вполне определенная зависимость, позволяет заключить, что при сопоставлении величины ФП с магнитным потоком диммингов и аркад нет необходимости привлекать дополнительную информацию о скорости CME/ICMEs. Заметим, что события, связанные с эрупцией волокон вне активных областей (треугольники на рис. 2), характеризуются небольшими значениями магнитного потока и сосредоточены в основном в области небольших величин ФП и больших транзитных времен.
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 75 № 6 2011
ЗАВИСИМОСТЬ ВЕЛИЧИНЫ ФОРБУШ-ПОНИЖЕНИЙ ОТ ПАРАМЕТРОВ
847
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленные результаты показывают, что величина нерекуррентных ФП и транзитное время распространения межпланетных возмущений от Солнца до Земли в значительной степени определяются характером и параметрами солнечных эруп-ций. Оказывается, что и величина ФП, и транзитное время тесно связаны, в частности, с таким комплексным параметром диммингов и ПЭ-аркад, как их суммарный магнитный поток на уровне фотосферы. Эти результаты важны для понимания природы солнечных эрупций и их межпланетных и геофизических последствий. Зависимость транзитного времени от эруптивного потока, конечно, применима не только к ФП, но и к другим нерекуррентным возмущениям космической погоды, в частности к геомагнитным бурям. Это подтверждается уже проведенным предварительным анализом, результаты которого будут опубликованы отдельно.
Результаты настоящего анализа дают инструмент для диагностики геоэффективности солнечных эрупций и краткосрочного прогнозирования нерекуррентных возмущений космической погоды. По изображениям КУФ-диапазона и магнитограммам солнечного диска можно определять количественные параметры диммингов и ПЭ-аркад, включая их суммарный магнитный поток на уровне фотосферы, и по нему с заблаговременностью от 1 до 4 сут оценивать ожидаемые величину и время начала ФП и геомагнитных бурь. Следует т
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.