Мощные солнечные вспышки и выбросы корональной массы: хромосферные проявления

• V.I. Sidorov, S. А . Yazev

  Приведено краткое описание феноменологической модели единого события солнечная вспышка – корональный вы брос массы ( КВМ ), основанной на анализе изображений развития ряда событий в разных спектральных диапазонах . Данная модель описывает явления в процессе развития мощных солнечных событий типа вспышка + КВМ . Модель по строена на основе данных наблюдений ряда крупных вспышек (16.05.1981, 23.08.1998, 14.07.2000, 9.04.2001, 19.10.2001, 23.07.2002). Предложена модифицированная классификация хромосферных проявлений события .

A brief description of phenomenological model of a single event solar flare – coronal mass ejection (CME) is given. This model is based on the analysis of images of series of events in different spectral ranges. It describes phenomena that occur in the process of development of flare+CME-type energetic solar events. The model has been constructed using data from observations of series of large flares (16.05.1981, 23.08.1998, 14.07.2000, 9.04.2001, 19.10.2001, 23.07.2002). A modified classification is proposed of chromospheric manifestations of events.

Выделяются следующие морфологические осо бенности вспышки на уровне хромосферы .

Вспышечные ленты ( ВЛ ) – наблюдаемая в свете хромосферных линий типичная для крупных вспы шек биполярная структура из двух ярких вспышеч ных лент , расходящихся по мере развития вспышки ( скорость распространения « фронта » ВЛ до 0.005 Мм / с [1]). На постмаксимальной фазе вспышки на блюдается система арок , соединяющих ВЛ .

Структуры на концах вспышечных лент ( СКВЛ ) – эмиссионные вспышечные образования , быстро меняющие яркость и форму [2–4]. Задолго до окон чания Нα - вспышки контраст центральных частей СКВЛ падает до уровня невозмущенной хромосфе ры , в результате чего СКВЛ трансформируются в квазикольцевые структуры , обрисовывающие гра ницы ячеек хромосферной сетки ( рис . 1, 2, а ).

Периферийные структуры ( ПС ) – вспышечные эмиссионные образования на периферии активной области ( АО ), отличающиеся морфологией и яркостью от ВЛ [5]. ПС начинают развиваться на месте угасаю щих СКВЛ . Процесс выглядит как структуризация ( рост компактности и яркости ) тонких цепочек флок кулов , трассирующих границы ячеек усиленной хро мосферной сетки на периферии АО . Формируются тонкие двойные эмиссионные полоски ( ПС ), их ши рина – 1.5–2 Мм , что меньше ширины ВЛ ( порядка

Рис . 1. Вспышка 16.05.1981 г ., в верхней части – развитие СКВЛ .

Рис . 2. Вспышка 19 октября 2001 г . на предмакси - мальной стадии развития : а – картина в линии Н α ( об серватория «Big Bear»), б – в диапазоне 171 Å КА «TRACE».

• 10 Мм ). Расстояние между полосками – от 2 до 10 Мм . Двойная полоска быстро вытягивается , распро страняясь вдоль флоккулов со скоростью до 0.6 Мм / с . Максимальная яркость наблюдается во внеш ней ( по отношению к АО ) узкой полоске ПС и в « голове » распространяющейся зоны эмиссии . Двой ная полоска ПС наблюдается в зоне одного знака магнитного поля ( МП ).

Удаленные уярчения (remote brightenings, RB [6]). Уярчения эмиссионных узлов хромосферной сет ки в Нα на расстояниях порядка 100–200 Мм от АО во время вспышки .

На основе анализа изображений перечисленного выше ряда вспышек , наблюдавшихся как на диске , так и на лимбе , предложена топологическая модель единого события крупной вспышки и КВМ .

Мощные солнечные вспышки и выбросы корональной массы …

Первая стадия развития события

Аркада вспышечных арок , соединяющих ВЛ , со прикасается цепочкой вершин с квазицилидриче - ской оболочкой КВМ . Магнитное поле ( МП ) обо лочки представляет собой набор спирально закру ченных силовых линий . Внутри располагается осе вой магнитный жгут – « хребтовая » арка КВМ . Ос нования жгута проявляются на уровне хромосферы в виде эмиссии СКВЛ . Вспышечные арки располо жены под острым углом к линии раздела магнитных полярностей ( ЛРП ). В результате МП в вершинах арок антипараллельно полю в нижних точках обо лочки КВМ . На линии соприкосновения вершин аркады и нижней поверхности КВМ , согласно [7], развивается токовый слой ( ТС ) – область пересо - единения ( рис . 3), которая является источником энергии для всего солнечного события . В рамках модели исходящие из ТС частицы расходятся в че тырех направлениях . Частицы , ушедшие в КВМ , двигаются вдоль спиральных линий оболочки КВМ и попадают на внешний ( верхний ) фронт КВМ , где сталкиваются с уплотненной плазмой , вызывая эмис сию в жестком рентгеновском диапазоне (HXR). Часть потока частиц продолжает движение по спиральным траекториям вплоть до их хромосферных оснований

Рис . 3. Топологическая схема солнечного события вспышка – КВМ на ранней стадии развития .

Рис. 4. Энерговыделение во вспышке 19.10.2001 г. (а): верхняя кривая – временной ход высвобождения энергии в токовом слое; нижняя – часть энергии, затраченная на вспышку, в том числе потери на излучение, нагрев области вспышки, потери за счет теплопроводности. Сопоставление предыдущего графика с ходом энерговыделения, затрачиваемого на ускорение КВМ в нижней короне (б).

Рис . 5. Развитие периферийных структур во время вспышки ( а ) и предполагаемая схема системы СКВЛ – ПС ( б ).

Рис . 6. Схема выхода солнечных протонов из облас ти совместного развития вспышки и КВМ ( на ранней стадии ) в верхнюю корону . По магнитным аркам , со единяющим удаленные Нα - уярчения (RB) с гамма - источником , проходят пучки высокоэнергичных элек тронов к RB, затем обратно пучки протонов , вызываю щие гамма - всплеск . Часть протонов прорывается из магнитных арок в вершине КВМ и уходит в гелиосферу ( вспышка 23.07.02 [6]).

( СКВЛ ). В итоге энерговыделение в ТС порождает шесть HXR- источников в шести пространственно - разнесенных точках хромосферы и короны . Расчеты , выполненные по методике [8], позволяют оценить со отношение вкладов энергии во вспышку и в КВМ примерно как 0.6 к 0.4 ( см . рис . 4 и пояснения к нему ).

Вторая стадия развития события

Вблизи фазы макси мума вспышки начинается быстрое развитие ПС . Согласно модели , ПС суть хромосферные основания внешних оболочек КВМ : центральный жгут КВМ опирается на СКВЛ , а опле тающие его оболочки – на ПС ( рис . 5). Развитие ПС выглядит как распространение ( вытягивание ) двой ной полоски ПС с ярким , соединяющим полоски передним краем ( фронтом ), который быстро пере мещается вдоль цепочки флоккулов ( рис . 5, а ). В каждый момент времени ( кривые 1, 2, 3, рис . 5, б ) фронт ПС как бы « вложен » внутрь той же ПС , но рассматриваемой в более поздний момент времени ( кривые 2, 3, 4…). Предполагается « вложенность » петель КВМ , опирающихся на ранее « засветившие ся » участки ПС , « внутрь » петель КВМ , опирающих ся на участки ПС , « засветившиеся » позднее .

В . И . Сидоров , С . А . Язев

На поздней стадии развития события вспышка – КВМ вдали от вспышечной АО наблюдается фено мен RB. Согласно [6], RB могут при благоприятных условиях явиться источниками потока протонов , по рождающих гамма - источники ( в событии 23.07.2002 г . RB, видимо , явились источниками протонов , поро дивших гамма - всплеск вблизи ВЛ , поскольку по следний с опозданием на минуту практически точно повторял световую кривую RB [6]). Согласно моде ли , потоки электронов , двигающиеся из АО по ар кам поднимающегося КВМ к их дальним основани ям , вызывают в них ударный нагрев , проявляющий ся в виде эффекта RB ( рис . 6). В итоге отсюда вд оль тех же арок в противоположном направлении дви жутся ускоренные потоки протонов , порождающие гамма - источник в основаниях арок в АО . Часть по тока протонов в районе вершин арок « прорывается » сквозь внешний фронт КВМ и уходит в межпланет ное пространство ( так модель , помимо прочего , ука зывает на возможную локализацию хромосферного источника протонов , попадающих в гелиосферу , а также на его топологическую связь с КВМ и гамма - источником во вспышке ).

Вывод

Анализ данных наблюдений позволил выделить воспроизводимую в указанных выше солнечных событиях последовательность описанных явлений , подтверждающих положения предлагаемой модели либо , как минимум , не противоречащих им .

Работа поддержана программой Минобрнауки РФ « Развитие научного потенциала высшей шко лы », проект РНП 2.2.3.1.4833.