Уникальный комплекс активности на рубеже 2006-2007 г

Рассмотрена модель комплекса активности ( КА ) на Солнце , наблюдавшегося на рубеже 2006–2007 гг . Согласно мо дели , КА развивался на базе крупномасштабной конвективной ячейки , достигавшей дна конвективной зоны .

The model is considered of the Sun’s complex of activity (CA) that was observed at the turn of 2006–2007. According to this model, CA developed on the basis of the large-scale convection cell that reached the convective zone bottom.

На рубеже 2006–2007 гг . на Солнце наблюдался комплекс активности ( КА ), отличавшийся рядом уникальных характеристик [1]. Его основу состави ло долгоживущее пятно , наблюдавшееся на протя жении почти пяти солнечных оборотов и за это вре мя практически не смещавшееся в кэррингтонов - ской системе координат . Эволюция и свойства КА описаны в [1]. Появление новых ядер внутри полу тени сопровождалось серией крупных вспышек [2], нетипичных для предминимальной фазы цикла сол нечной активности .

Природа КА традиционно привлекает интерес исследователей . В настоящей работе развивается гипотеза о том , что КА , как правило , формируются на основе крупномасштабных конвективных ячеек [3], возможно , простирающихся от фотосферы до дна конвективной зоны [4]. При этом потоки плазмы на периферии ячейки направлены вниз ; вблизи дна движение направлено к центру ячейки . Вследствие вмороженности магнитного поля ( МП ) в центре ячейки у ее « дна » происходит концентрация МП . Магнитная плавучесть ускоряет последовательное всплывание вещества с петлями МП в центре ячей ки . В результате здесь на фотосферном уровне и выше развивается КА , как правило , включающий в себя несколько активных областей , которые после довательно либо одновременно формируются в цен тральной зоне ячейки . Общий характер описанных движений не противоречит данным о поле скоро стей в глубине конвективной зоны , полученным методами гелиосейсмологии [5].

Предполагается, что рассматриваемый КА на предминимальной фазе цикла солнечной активности сформировался на основе такой конвективной ячейки в условиях симметричного и однородного МП без возмущающих структур по соседству. Подчиняясь конвективным движениям, МП на периферии ячейки «тонет», концентрируясь вблизи центра ячейки на ее дне. Это поле обладает высокой степенью круговой симметрии, что и определяет особенности данного КА. Структура МП близка к дипольной, его напряженность максимальна вблизи оси симметрии, совпадающей с осью магнитного диполя ячейки. Восходящее движение плазмы, имеющее максимальную скорость вблизи вертикальной оси, закручивает силовые линии вокруг нее, что приводит к дополнительному локальному усилению поля. В результате в центре ячейки образуется вертикальный канал быстрого подъема плазмы со дна конвек- тивной зоны (скоростной «лифт»). Здесь плазма с вмороженным МП движется быстрее вследствие магнитной плавучести. При повышении скорости подъема канал сужается. Магнитная структура подобна «дереву», в котором можно выделить вертикальный «ствол » и окружающую его «крону» с более сложной структурой. Можно выделить три области ячейки (рис. 1): центральная часть – «ствол» с униполярным МП без существенной непотенциальной составляющей; внешняя квазицилиндрическая оболочка – «крона», содержащая поле с большой непотенциальной составляющей, и остальной объем ячейки с относительно слабыми полями. Структура центральной зоны и цилиндрической оболочки в ячейке показана на рис. 2.

Рис . 1. Движения в симметричной крупномасштабной конвективной ячейке на предминимальной стадии цикла солнечной активности . Толстые стрелки показывают на правление движения вещества , тонкие – направление маг нитного поля .

Рис . 2. Структура « лифта » в центре ячейки : централь ная униполярная зона и охватывающая ее квазицилиндри - ческая оболочка . Здесь происходит всплытие концентри рованных МП , в центральной зоне – преимушественно потенциального , в цилиндрической оболочке – преимуще ственно непотенциального .

Длительное сохранение вертикальной структу ры поля в центральной части позволяет предпо ложить , что плотность энергии поля превышает плотн ость энергии тангенциальных движений плазмы . В результате поле здесь преимуществен но потенциально .

Поле цилиндрической оболочки образовано из множества последовательно и одновременно всплы вающих мелкомасштабных петель со значительной непотенциальной составляющей поля , обусловленной близкими значениями плотности энергии для МП и для тангенциальных движений плазмы . Здесь ( и только здесь ) часть энергии конвективных движений трансформируется в непотенциальную энергию МП . Всплытие и растекание плазмы с вмороженным по лем в цилиндрической оболочке на фотосферном уровне проявляется на магнитограммах как движение наружу от центра пятна магнитных элементов обеих полярностей (moving magnetic features, или MMF). Кажущаяся аннигиляция пар MMF противоположной полярности объясняется в рамках такой модели подъ емом закрученных по спирали магнитных петель в корону ( рис . 3). При выходе поля в корону происхо дят накопление непотенциальной энергии в коро - нальных петлях и последующее ее высвобождение в серии мощных солнечных вспышек . Высыпание энергичных частиц вдоль линий МП из короны на хромосферу во время вспышек проявляется только на тех участках хромосферы , через которые непотенци альная энергия МП вышла в корону . Этим объясняет ся известный факт , что в большинстве случаев вспышечная эмиссия не заходит в центр тени пятна ( здесь поле в основном потенциально ).

Рис . 3. Всплытие петель МП в цилиндрической обо лочке . Пересечение спиральными силовыми линиями уровня фотосферы приводит к кажущемуся исчезновению пар магнитных элементов разного знака .

В предлагаемой схеме всплывающее в цилинд рической оболочке МП является своеобразным « лифтом » для энергии , захваченной при его движе нии . Высокая степень симметрии структуры распре деления МП во всем объеме ячейки приводит к формированию устойчивого канала выхода непо тенциальной энергии МП в корону . Большая ско рость выхода энергии из компактной цилиндриче ской оболочки в корону создает условия для генера ции мощных солнечных событий .

Неподверженность КА дифференциальному вра щению в рамках такой схемы предположительно связана с высокой устойчивостью крупномасштаб ной конвективной ячейки , достигающей дна конвек тивной зоны и практически не смещающейся в кэр - рингтоновской системе координат . Не исключено , что формирование такой ячейки связан о с затравоч ными неоднородностями на уровне тахоклина . Дан ный КА можно рассматривать как рафинированный случай эволюции КА на предминимальной фазе цикла в отсутствие влияния соседних структур .

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