О возможности локальных измерений концентрации электронов в солнечной короне по данным SOHO / LASCO

Измерение концентрации электронов N _e в короне – одна из ключевых задач диагностики солнечной атмосферы [1, 2]. Наиболее развиты методы нахождения N e в короне, базирующиеся на регистрации излучения различного происхождения, интенсивность которого связана интегральным соотношением с N _e [1–3]. Интегрирование производится вдоль луча зрения. В этом случае при нахождении N _e обычно предполагается, что концентрация электронов в короне зависит только от расстояния от центра Солнца. Это весьма грубое приближение для сильно неоднородной и неизотропной короны. В данной работе мы предприняли попытку определения по данным SOHO/LASCO локальной концентрации электронов в поясе корональных стримеров, не опираясь на предположение о сферической симметрии короны.

казана в моменты прохождения через плоскость центрального меридиана Солнца.

На рис. 2 показано изображение короны для выбранной даты .

На рис. 3 показано распределение яркости K-короны, полученное для изображения короны 05.11.1999 г.

Рис . 1. Синоптическая карта магнитного поля на по верхности источника . Жирная линия – нейтральная линия ( НЛ ) магнитного поля , которая в первом приближении повторяет конфигурацию пояса стримеров .

Данные и методы анализа

Использовались изображения короны, полученные SOHO/LASCO. Концентрация электронов определялась из связи Ne с яркостью K-короны (BK): BK ∼ ∫ Ne (l)G(R, l)dl, где l – координата вдоль луча зрения, G(R, l) – геометрический фактор. Для выделения яркости K-короны из полной поверхностной яркости белой короны использовался новый метод [4]. Конфигурация пояса стримеров определялась по форме нейтральной линии магнитного поля на поверхности источника. Поле рассчитывалось в обсерватории Дж. Уилкокса, Стэнфорд (WSO) в потенциальном приближении .

Результаты

Для анализа были отобраны случаи, когда протяженный по широте участок пояса стримеров был почти перпендикулярен плоскости солнечного экватора и находился в ближайшей окрестности картинной плоскости. Мы проиллюстрируем полученные результаты на примере события 05.11.1999 г. (E-лимб). Конфигурацию пояса стримеров в этом случае иллюстрирует ф орма нейтральной линии магнитного поля на поверхн ости источника 11– 12.11.1999 г. (рис. 1). Здесь нейтральная линия по-

Рис . 2. Изображение короны по данным LASCO C2. Показаны некоторые лучи повышенной яркости и впади ны ( области пониженной яркости ) между ними .

Рис . 3. Распределения по широте яркости K- короны на R =4 R ʘ и R =6 R ʘ . Отмечены некоторые лучи повышенной яркости и впадины между ними .

В.Г. Файнштейн, В.А. Леонович методом [4] на R = 4Rʘ и R = 6Rʘ (здесь Rʘ – радиус Солнца, R отсчитывается от центра солнечного диска). В вершинах характерных лучей повышенной яркости и во впадинах между ними были определены концентрации электронов в поясе стримеров. Для этого предварительно из полной яркости K-короны был вычтен фон – свечение части короны (вдоль луча зрения) вне пояса стримеров. В данном случае считалось, что это яркость, меньшая, чем значения яркости на штриховой прямой линии (обоснование этого будет дано в полной версии работы). Для нахождения концентрации электронов на расстоянии R использовалась формула [4]: maxNe(R) = 1.38-1014 [BKR)/Bo][R/RО]/ДЛ см-3. Здесь maxNe(R) – максимальная концентрация электронов приблизительно в центре по толщине пояса стримеров на расстоянии R, BK(R)/B0 – относительная яркость K-короны, ДЛ - толщина пояса стримеров (в радианах) вдоль долготы, B0– средняя яркость фотосферы.

На рис. 4 приведены примеры рассчитанных концентраций электронов max N _e( R ) в лучах повышенной яркости и во впадине между лучами на R =4 R ʘ и 6 R ʘ для характерной толщины слоя ДЛ =10 ° (см. ниже). Линии, проходящие от R =20 R ʘ до орбиты Земли ( R =215.5 R ʘ ) показывают область возможного изменения N _e( R ) на этих расстояниях (см. [4]). Линия, соединяющая значение max N _e(6 R ʘ ) и верхнюю линию из группы линий, начинающихся на R =20 R ʘ , проведена для оценки «правильности» найденных значений max N _e( R ). На рис. 4, а , в показаны примеры «правильных» расчетов N _e( R ), а на рис. 4, б – «неправильных». Использовались три выполняющихся одновременно критерия правильности расчета N _e( R ): 1. Эти значения с точностью до ~ 3-4 (эти числа могут быть обоснованы) согласуются со значениями N _e( R ) в поясе стримеров, полученными в предшествующих работах [2–5]. 2. Зависимости N _e( R ) и dN _e( R )/ dR являются монотонными функциями R в промежутке R =4 R _О ^ 215.5 R о [4]. 3. Экстраполированные с расстояния R = 6 R ʘ на R = =215.5 R ʘ значения N e попадают в диапазон измеряемых на орбите Земли концентраций протонов. Наш анализ показал, что правильные значения N _e при толщине пояса стримеров ДЛ =10 ° оказываются в небольших по интенсивности лучах повышенной яркости и практически во всех впадинах яркости.

а б в

Рис . 4. Примеры нахождения « правильных » ( а ) и « не правильных » ( б ) значений концентрации электронов ; в – пример расчета max N _e( R ) во впадине .

Рис . 5. Пример определения толщины пояса стримеров с помощью распределения яркости K- короны по широте . Участок пояса стримеров почти перпендикулярен плос кости неба . Толщина пояса стримеров Д0 определяется на высоте max B _K/2.718.

Для определения характерной толщины пояса стримеров ДЛ использовались два метода: 1) по распределениям в зависимости от широты B _K( 0 ) для случаев, когда участок пояса стримеров был практически перпендикулярен картинной плоскости и находился вблизи экватора (рис. 5), при этом наименьшая толщина таких участков Д0 оказалась ~ 7-10 ° ; 2) по данным солнечного ветра в квазипер-пендикулярных к плоскости экватора участках пояса стримеров на орбите Земли, при этом среднее значение толщины пояса стримеров ДЛ ~ 12 ° . В обоих случаях характерные значения Д0 ( ДЛ ) близки выбранному значению ДЛ =10 ° .

Рассматривались следующие вероятные причины появления лучей повышенной яркости в поясе коро-нальных стримеров с найденными в них неправильными значениями концентрации электронов: 1) примыкание к поясу стримеров квазипараллельного экватору участка цепочки корональных стримеров [5]; 2) изгиб пояса стримеров с образованием участка, почти перпендикулярного картинной плоскости. Сделан вывод, что лучи 5 и 6 (см. рис. 3) могут быть связаны с цепочками стримеров, а лучи 1–2, 8, 11–12 – с изгибами пояса стримеров.

Выводы

• •    Показана возможность определения локальной концентрации электронов в участках пояса коро-нальных стримеров, расположенных вблизи картинной плоскости и приблизительно перпендикулярных солнечному экватору.

• •    Для нескольких таких участков найдены значения N _e( R ) в лучах повышенной яркости и в областях пониженной яркости между ними.

• •    Сделан вывод, что повышенная яркость в некоторых наиболее ярких лучах не связана с сильным увеличением в них N _e, а обусловлена либо примыканием к поясу стримеров цепочек стримеров, либо изгибом пояса стримеров.

SOHO является продуктом международной кооперации ESA и NASA.

О возможности локальных измерений концентрации электронов...

Работа выполнена при поддержке правительственного гранта поддержки ведущих научных школ РФ № НШ 4741.2006.2 и Программы фундаментальных исследований Президиума РАН П-16.