ОСНОВЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ДИАГНОСТИКИ СОЛНЕЧНЫХ ЭРУПЦИЙ –

ИСТОЧНИКОВ НЕРЕКУРРЕНТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ КОСМИЧЕСКОЙ ПОГОДЫ

И.М. Черток*, А.В. Белов*, В.В. Гречнев***ИЗМИРАН, Троицк; **ИСЗФ, Иркутск

Oсновной источник наиболее сильных

нерекуррентных возмущений космической

погоды: - геомагнитных бурь;

- Форбуш-понижений (ФП)интенсивности фоновых

космических лучей

Корональные выбросы, наблюдаемые в белом свете –

Coronal Mass Ejections (CMEs)SOHO/LASCO/C2, EIT/195 Å

19-20.01.2004

См., напр., Bothmer & Zhukov (2007), Gopalswamy (2009)

разностные изображения

Крупномасштабные проявления СМЕs на диске в крайнем УФ диапазоне

- Димминги – области пониженной яркости (транзиентные, т.е.

временные, корональные дыры) – основания эруптировавших

магнитных структур.

- Яркая постэруптивная (ПЭ) аркада над центром эрупции – релаксация

магнитного поля, возмущенного СМЕ, к новому квазиравновесному

состоянию.

Димминги и аркады визуализируют структуры, вовлеченные в эрупцию

СМЕs

SOHO/EIT/195 Å 19-20.01.2004

разностные изображения

Димминги и аркады в источниках крупнейших геомагнитных бурь 23-его цикла

В аспекте космической погоды:- До сих пор: димминги и аркады на видимом диске – качественный индикатор выброса CMEs в сторону Земли (cм., напр., Bothmer & Zhukov, 2007; Gopalswamy, 2009) .

- Задача: - использовать количественные параметры диммингов и аркад для диагностики солнечных эрупций, в частности, с целью прогнозирования нерекуррентных геомагнитных бурь и ФП (см. Черток & Гречнев, 2006);

- анализ связи количественных параметров диммингов и аркад с

интенсивностью геомагнитных бурь и величиной ФП, а также со временем распространения межпланетных облаков от Солнца до Земли (транзитным временем).

Данные - Телескоп КУФ диапазона SOHO/EIT (Delaboudinière et al., 1995), изображения Солнца в канале 195 Å (Fe XII, Т 1,3 МK);

- Магнитограммы SOHO/MDI (Scherrer et al., 1995);

- Крупные события 23-его цикла (1997–2008 гг.), в которых, по данным Coordinated Data-Analysis Workshop (CDAW; см. Zhang et al., 2007), наряду с ФП, имели место геомагнитные бури с индексом |Dst| > 100 нТл;

- Отождествление с эрупцией конкретных CMEs из центральной зоны видимой полусферы Солнца в пределах 45 от центрального меридиана;

- Вспышечные эрупции в активных областях; часть событий – эрупции волокон вне активных областей.

- Проверка и некоторые уточнения привязки геомагнитных бурь (ФП) к солнечным выбросам; база данных ИЗМИРАН (см. Belov, 2009), комплекс наземных и космических наблюдений; каталоги ICME Cane & Richardson (2003), Richardson & Cane (2010).

- Величина ФП: жесткость 10 ГВ, данные мировой сети станций, метод глобальной съемки (Крымский и др., 1981; Belov et al., 2005).

Методика

IDL программа:

- калибровка исходных FITS-файлов SOHO/EIT;

- компенсация солнечного вращения и формирование разностных изображений (Chertok & Grechnev, 2005);

- выделение диммингов и ПЭ аркад;

- измерение по выбранным критериям площадей и потоков излучения в областях диммингов и аркад;

- совмещение изображений диммингов и аркад с магнитограммами SOHO/MDI;

- вычисление магнитного потока продольного поля на фотосфере, соответствующего этим образованиям.

Методика

Выделение диммингов и аркады по относительным порогам в интервале

до 3-4 часов от начала эрупции:

- димминги – понижение яркости >40 %;

- аркада – на уровне 5 % от пиковой яркости на момент максимального потока из обозначившейся площадки.

Параметр –магнитный поток

диммингов (Фdim) и аркады (Фarc)

и суммарный поток (Ф=Фdim + Фarc) на уровне фотосферы

Форбуш-понижения и геомагнитные бури в июле 2000 г.

Анализ логично начать именно с ФП, поскольку их глубина (в отличие от геомагнитных бурь) не зависит от знака Bz и определяется напряженностью магнитного поля в облаке, а

также его скоростью и размерами (см. Belov, 2009)

Величина Форбуш-понижений AFПараметр Ф – суммарный магнитный

поток диммингов и аркады

Одиночные, надежно отождествленные события:

- эрупции из активных областей (АО); - эрупции волокон вне АО

N= 27 r 0,94

AF (%) = –0,08 + 0,03 Φ (1020 Мкс)

Все анализировавшиеся события: (добавлены cложные события, связанные с

несколькими CMEs/ICMEs, и/или события с вероятным отождествлением солнечного

источника)

- эрупции из активных областей (АО); - эрупции волокон вне АО

N= 47 r 0,85

Интенсивность геомагнитных бурь, Dst (без учета факторов, определяющих знак Bz-

компоненты, т.е. самый упрощенный, предварительный вариант)

Все анализировавшиеся события

Dst (нТл) = 75 - 1,5 Φ (1020 Мкс)

Φ<230;

Dst (нТл) = –225 - 0,225 Φ (1020 Мкс)

Φ>230

Транзитное время (Tt ) – интервал между пиком мягкого

рентгенав источнике эрупции и приходом к Земле ударной волны (SC)Тот же параметр Ф – суммарный

магнитный поток диммингов и аркады

Одиночные, надежно отождествленные события:

- эрупции из активных областей (АО); - эрупции волокон вне АО

N= 30 r 0,73

Tt (ч) = 85/(1+ 0,004 Ф) (1020 Мкс)

Все анализировавшиеся события: (добавлены cложные события, связанные с

несколькими CMEs/ICMEs, и/или события с вероятным отождествлением солнечного

источника)

- эрупции из активных областей (АО); - эрупции волокон вне АО

N= 52

Для большинства событий Фarc > Фdim

Основной вклад вносит магнитный поток аркад

Выводы (по событиям с |Dst| > 100 нТл за 23-ий цикл )

- Величина ФП и транзитное время (характеристики приходящих к Земле ICMEs) в значительной степени определяются параметрами и типом солнечных эрупций;

- Величина ФП и транзитное время тесно связаны с суммарным магнитным потоком диммингов и аркады на уровне фотосферы;

- Зависимость между величиной ФП и эруптивным магнитным потоком – аналогичная связь имеет место и для интенсивности нерекуррентных геомагнитных бурь даже без учета факторов, определяющих появление отрицательной южной компоненты магнитного поля Bz в ICMEs у Земли;

- Обнаруженная зависимость транзитного времени от эруптивного магнитного потока имеет большое самостоятельное значение;

- Инструмент (предварительный) для диагностики геоэффективности солнечных эрупций и краткосрочного прогнозирования нерекуррентных возмущений космической погоды по данным в КУФ диапазоне.

Реальная диагностика солнечных эрупций 2010 г. в Центре прогнозов космической погоды

ИЗМИРАНПо параметрам диммингов и аркад эрупции были относительно небольшими и, согласно оценкам, должны были приводить к довольно слабым возмущениям космической погоды, что и подтвердилось.

Крупная эрупция 3 апреля 2010 г.

Суммарный магнитный поток Ф 1,11022 Мкс

Ожидаемые величины:

AF 3 %, Tt 59 ч , Dst - 90 нТл

Наблюдения:

AF 2,9 %, Tt 47 ч , Dst -73 нТл

Эрупция 1 августа 2010 г. Примерно такое же соответствие

ожидаемых и наблюдаемых величин AF , Tt , Dst

Дальнейшие исследования

Пока проанализированы эрупции, которые сопровождались интенсивными геомагнитными бурями с |Dst| > 100 нТл

- Проанализировать все гало СМЕs из центральной зоны солнечного диска, рассчитать для них магнитный поток диммингов и аркад и

проанализировать их геоэффективность

- Для геомагнитных бурь надо научиться учитывать факторы, определяющие знак Bz компоненты межпланетного магнитного поля у

Земли), например, учитывая только те части диммингов и аркад, в пределах которых обнаруживается отрицательная меридиональная

компонента расчетного магнитного поля в короне на высотах порядка (0,1-0,3) Rs над фотосферой

- Проанализировать тип ICMEs, вызванного конкретной солнечной эрупцией, и с какой именно частью межпланетного облака (основным телом или sheath, т.е. оболочкой между фронтальной ударной волной и телом облака) было связано развитие конкретной геомагнитной бури

- Проделать процедуры, необходимые для перехода от данных SOHO/EIT и SOHO/MDI к данным SDO/AIA и SDO/HMI

- На практике разрабатываемый подход к диагностике солнечных эрупций по УФ диммингам и аркадам должен использоваться как

составной компонент более широкого комплекса методов и средств краткосрочного прогнозирования геомагнитных бурь и Форбуш-

понижений, включая МГД модели и прямые наблюдения распространяющихся в сторону Земли CMEs/ICMEs с помощью двух

аппаратов STEREO.

- Такой же подход может быть использован для диагностики геоэффективности корональных дыр, ответственных за

рекуррентные возмущения космической погоды: расчет магнитного потока по контуру корональной дыры на выбранном уровне контраста в высокотемпературном канале SOHO/EIT 284 Å.

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

18.11.2003 – исключительное событие: умеренная эрупция (Ф 1,11022 Мкс, VCME 1200-1600 км/с)

-- сильнейшая геомагнитная буря 23-его цикла (Dst -422 нТл)

при умеренном Форбуш-понижении (AF 4,7 %).

По геомагнитной буре выпадает при всех сопоставлениях.

Указание на малый размер межпланетного облака у Земли.

- Сильное магнитное поле в облаке (около 50 нТл) – следствие малых размеров облака

- Поле было ориентировано так, что на максимальной фазе

практически все оно наблюдалось в виде

отрицательной Вz-компоненты

- Второй оборот мощного активного комплекса конца октября – начала ноября 2003 г., состоящего из тех крупных,

связанных между собой областей

28.10.2003

Наблюдения крупномасштабных проявлений эрупций на Солнце, возникающих в процессе корональных выбросов

(Coronal Mass Ejections, CMEs), определение количественных параметров диммингов и постэруптивных

аркад

Прогнозирование интенсивности геомагнитных бурь, величины Форбуш понижений потока фоновых космических лучей и времени распространения

межпланетных CMEs(ICMEs) от Солнца до Земли

Эрупция волокна вне активной области 12.09.1999

Форбуш-понижения и геомагнитные бури в июле 2000 г.

Контуры аркады определяются в момент ее максимального потока,

который близок ко времени максимума вспышки в мягком

рентгене

Величина Форбуш-понижений AF

Магнитный поток диммингов

Фdim

Магнитный поток аркады

Фarc

Суммарный магнитный поток диммингов и аркады

Ф = Фdim + Фarc

Интенсивность геомагнитных бурь Dst

Магнитный поток диммингов

Фdim

Магнитный поток аркады

Фarc

Суммарный магнитный поток диммингов и аркады

Ф = Фdim + Фarc

Транзитное время

Магнитный поток диммингов

Фdim

Магнитный поток аркады

Фarc

Суммарный магнитный поток диммингов и аркады

Ф = Фdim + Фarc

Соотношение между интенсивностью геомагнитных бурь (Dst индекс) и глубиной Форбуш-понижений (AF)

для событий 23-его цикла с |Dst|>100 нТл