Некоторые особенности характера вариаций заряженных частиц и нейтронов во вспышке 13 декабря 2006 г

Вспышка 13 декабря 2006 г . сопровождалась всплесками жесткого рентгеновского излучения и потоками частиц в широком диапазоне энергий , вплоть до релятивистских . Регистрация осуществлялась нейтронными мониторами . Для описания представленного события использовались данные со спутников GOES, ACE, SOHO. Представлены также ре зультаты наземного эксперимента , проводимого в Геофизическом центре РАН и ИЗМИРАН по регистрации тепловых и быстрых нейтронов . Вспышка имеет ряд особенностей , которые наблюдались на разных этапах вспышечного возраста ния . Первая особенность связана с началом возрастания потоков частиц . Первый приход частиц различных энергий на блюдался до начала вспышки . Это связано с тем , что за несколько часов до взрывной фазы вспышки возник дополнительный источник генерации частиц , обусловленный формированием корональных образований в процессе развития активной области и выбросом их в межпланетное пространство .

Следующая особенность связана с аномальным поведением характера вариаций частиц , зарегистрированных неко торыми нейтронными мониторами . Это связано с потоками нейтронов , генерированных во вспышке .

The 13 December 2006 flare, recorded by neutron monitors, involved hard X-ray bursts and particle fluxes within the wide range of energies (up to relativistic ones). GOES/ACE/SOHO data were used to describe the presented event. Results of groundbased recording of thermal and fast neutrons at the RAS Geophysical Centre and IZMIRAN are also presented. The flare had some peculiarities observed at different stages of the flare rise. The first peculiarity was associated with onset of particle flux increase. The first receipt of different-energy particles was observed before the flare in response to an additional source of particle generation occurred several hours before the explosive phase. This source in its turn resulted from coronal formations during the active region development and their subsequent ejection to the interplanetary space.

The next peculiarity was associated with anomalous particle variations recorded by some neutron monitors. This is connected with fluxes of neutrons generated in the flare.

Максимум оптической вспышки наблюдался в 02:34 UT. Корональный выброс вещества от вспышки наблюдался на орбите Земли примерно через 1.5 сут , скорость солнечного ветра в нем достигала при мерно 1000 км / с .

Для описания представленного события используются данные со спутников GOES, ACE, SOHO (протоны в широком энергетическом диапазоне от сотен кэВ до сотен МэВ), а также параметры межпланетной среды, солнечного ветра, магнитного поля, данные различных нейтронных мониторов (http://spdf. , , . Здесь также представлены результаты наземного эксперимента, проводимого в Геофизическом центре РАН и ИЗМИРАН по регистрации тепловых и быстрых нейтронов. Экспериментальная установка для регистрации тепловых нейтронов состоит из 15 газоразрядных счетчиков типа СИ-19Н, наполненных газом гелий-3 с добавкой аргона при давлении 405.3 кПа. Экспериментальная установка для регистрации быстрых нейтронов состоит из 23 гелиевых пропорциональных газоразрядных счетчиков типа ПД-631 (длина ~1 м), расположенных в два ряда, окруженных полиэтиленовыми плитами толщиной 15 см.

Общая картина вспышки показана на рис . 1 и 2, на которых представлены скорость v и плотность n солнечного ветра , напряженность межпланетного магнитного поля B и его азимутальная компонента B φ , потоки протонов , зарегистрированные на спут нике GOES-11, а также данные различных ней тронных мониторов ( НМ ), кривая 1 – НМ «Moscow»,

Рис .1.

Рис . 2.

координаты 55 N, 37 E, жесткость R c = 2.46 ГВ ; кри вая 2 – НМ «Apatity», 63 N, 33E, R c=0.65 ГВ , кривая 3 – НМ «Barenzburg», 78 N, 15 E, R c=0.2 ГВ , и по токи быстрых нейтронов , полученные в наземном эксперименте . Видно , что потоки частиц , генериро ванные на Солнце , были зарегистрированы в меж планетном пространстве и на Земле . Амплитуда воз растания потоков частиц по данным НМ «Apatity» составила около 90 %, НМ «Barenzburg» – около 40 %, НМ «Moscow» – около 25 %. Амплитуда быстрых нейтронов по данным эксперимента , проводимого в ИЗМИРАН ( Москва ), составила примерно 30 %.

Вспышка имеет ряд особенностей , связанных с началом возрастания потоков частиц .

Рост интенсивности частиц с сильно различаю щимися скоростями начал наблюдаться до начала вспышки , т . е . приход протонов разных энергий на орбиту Земли наблюдался раньше того момента , который определяется их скоростью и пройденным расстоянием , если считать , что они были генериро ваны в максимуме оптической вспышки . На рис . 3 представлены пятиминутные данные потоков прото нов с энергиями Р 5=40–80, Р 6=80–165, Р 7=165–500, р 8=350–420 Мэв ( рис . 3, а ) и среднечасовые данные потоков протонов с энергиями Е _р >30, >60, >100 МэВ ( рис . 3, б ), зарегистрированных на спутнике GOES-11.

Из этих данных видно , что увеличение потока частиц на спутнике и на Земле наблюдалось раньше максимума оптической вспышки . На графике мак симум оптической вспышки обозначен треугольни ком и стрелками .

Отсюда следует, что незадолго до взрывной фазы вспышки существовал предвспышечный период, во время которого происходила генерация частиц, причем этот процесс не связан с разрывом токового слоя. Он связан с формированием корональных образований в процессе развития активной области. Образование на Солнце центров активности сопровождается появлением корональных конденсаций, внутри которых плазма более плотная и горячая [1]. Они становятся неустойчивыми и выбрасываются наружу. В этом случае генерируются частицы. Этот процесс в данном событии происходил за несколько часов до основной взрывной фазы вспышки, связанной с разрывом токового слоя. Таким образом, в данном событии наблюдалось два источника генерации частиц.

Следующая особенность характера вариаций частиц связана с аномальным поведением временного хода показаний некоторых нейтронных мониторов . Дан ные нейтронных экспериментов свидетельствуют о том , что перед вспышкой и после вспышки наблю дались потоки нейтронов . Максимум оптической вспышки наблюдался в 02:34 UT. В это время в Мо скве была ночь , поэтому регистрация нейтронов от Солнца была невозможна . Рассмотрим временной ход показаний различных нейтронных мониторов ( одноминутные данные ). Максимумы интенсивности НМ «Moscow» ( R c=2.46 ГВ , рис . 4, а , шкала справа ), «Apatity» ( R c=0.65 ГВ , рис . 4, а , жирная кривая , шкала слева ), «Thule» ( R c=0.1 ГВ , рис . 4, б , жирная кривая , шкала слева ), «Barenzburg» ( R c=0.00 ГВ , рис . 4, б , шкала справа ) располагаются согласно диффузион ной модели ( см . также рис . 5). Временной ход ин тенсивности НМ «Novosibirsk» ( координаты 55 N, 83 E, R c=2.91 ГВ , рис . 4, в , жирная кривая , шкала слева ), «Irkutsk» (52 N,104 E; R c=3.66 ГВ , рис . 4, в , шкала справа ) должен быть похож на временной ход интенсивности НМ «Moscow» ( см . рис . 4, 5). Однако это не так . Время достижения максимумов интен сивности НМ «Novosibirsk» и «Irkutsk» наблюдалось позже , чем у НМ «Moscow» и «Apatity». В это время в месте расположения этих мониторов был день , т . е . отмечается аномальное поведение характера вариа ций частиц , зарегистрированных этими мониторами . Предполагаем , что это связано с потоками нейтро нов , генерированных во вспышке . Регистрация ней тронов мониторами возможна , т . е . затянутый фронт нарастания интенсивности частиц обусловлен реги страцией как протонов , так и нейтронов , генериро ванных на Солнце . На НМ «Barenzburg» и «Thule» этого не наблюдалось . Аномальное поведение харак тера вариаций частиц наблюдалось также на НМ «Alma-Ata» (43 N; 77 E, R c=6.66 ГВ , рис . 4, г , шкала слева , пятиминутные данные ) и «Kingston» (43 S, 147 E, R c=1.88 ГВ , рис . 4, г , шкала справа ), которые

а

б

Рис . 3.

13 декабря 2006 г ., UT

Рис . 4.

И.П. Шестопалов, Е.П. Харин находятся в разных полушариях (см. рис. 4, 5). Первый максимум интенсивности частиц по данным этих мониторов наблюдался примерно в то же время,

BARENZBURG

78,14;0,00GV

KINGSTON :- 42; 147

......A Moscow — j           55; 37; 2,46GV z10000

x77000

УЛл/ : A 43; 77; 6-66GV ■ z75800

S

13 декабря 2006 г ., UT

2 9000 x11200 T

APATITY 67, 33;0,65GV

227,5

- 202,5 z x 14500 -t-112750 - -= 11000

s 9250

z" 7500 L x 14000 T-1 12750 c11500 -i10250

_                          : novosibirs ;

211500 -c

110500 -

Рис . 5.

что и на нейтронном мониторе «Moscow». Однако затем интенсивность по их данным продолжала воз растать и достигла максимума на НМ «Kingston» при мерно в то же самое время , что на НМ «Novosibirsk» и «Irkutsk». По данным НМ «Alma-Ata» это произошло позже . Таким образом , аномальное поведение характе ра вариаций частиц наблюдалось у нейтронных мони торов , расположенных на востоке и особенно ближе к экватору .

Выводы

• 1.    В данном событии наблюдалось два источни ка генерации частиц . За несколько часов до взрыв ной фазы вспышки наблюдался предвспышечный процесс , который не связан с разрывом токового слоя . Он обусловлен формированием корональных образований в процессе развития активной области и выбросом их в межпланетное пространство ; во время выброса генерируются частицы .

• 2.    Предполагается , что во вспышке 13 декабря 2006 г . были генерированы нейтроны .

В заключение авторы выражают благодарность за проведение экспериментов по регистрации нейтронов и обсуждение материалов В . Г . Янке , В . Г . Картышову , А . В . Белову , В . Н . Ишкову .