Автореферат: Микровспышки в рентгеновском диапазоне излучения Солнца

139 всплесков - 10^-8 - 10^-7 Вт/м² (класса А);

141 всплеск - 10^-9 - 10^-8 Вт/м² (класса 0).

За все периоды наблюдений в каждом канале регистрации солнечных событий значение теплового фона в течение каждых суток колебалось возле некоторой величины с небольшой амплитудой. При этом, значение средней квадратичной ошибки составляло: 0.3.

Для каждых суток из периода наблюдений за среднесуточное значение теплового фона ₁ было принято среднее арифметическое значение величин теплового фона в начале и в конце текущих суток. Начало и конец значимого события (рентгеновской вспышки) определялись по изменениям величины среднесуточного значения теплового фона по следующему критерию: если величина среднесуточного значения теплового фона монотонно возрастала в течение 10-20 секунд и составила _{2 1} + 0.5, то мы имеем признак начала значимого события. Если, достигнув максимума, данная величина начинала монотонно убывать и, как правило, достигала первоначального значения среднесуточного теплового фона: ₁, то мы имеем признак конца значимого события. Кроме того, значимое событие, по нашему критерию, обязано иметь четко выраженный максимум, величина которого определялась относительно среднесуточного значения теплового фона и превышала величину 3. По времени начала, максимума и конца значимого события определялись длительность фазы нарастания и фазы спада вспышки.

Для подтверждения факта существования слабых всплесков были использованы данные проекта GOES. Хорошее совпадение данных двух независимых источников регистрации дает нам право надеяться на достоверность изучаемых солнечных событий. Данные проекта GOES взяты с сайта в Интернете: www.ngdc.noaa.gov.

Согласно работе (Курочка 1987), посвященной анализу распределения по энергиям 15 тыс. солнечных вспышек, наблюдавшихся в 1978-1979г.г., их количество быстро растет с уменьшением энергии вспышек вплоть до величины 10²⁸ эрг. При дальнейшем уменьшении энергии вспышек их количество начинает уменьшаться. Наличие перегиба в этом распределении, согласно этой же работе, не может быть результатом неполноты наблюдательных данных. Однако, это утверждение до конца не обосновано и данный вопрос остается, в известной мере, открытым. С нашей точки зрения, нижний предел в распределении по энергиям солнечных вспышек, скорее всего, существует. Если бы не существовало нижнего предела мощности рентгеновских всплесков, то мы, скорее всего, получили бы неограниченное возрастание числа слабых солнечных событий с уменьшением их мощности. Однако, доказательств этого утверждения тоже пока не обнаружено. Мы обнаружили только вполне сравнимое число всплесков класса А - 139 и класса 0 - 141 за исследованный период.

В таблице 1 приведены средние характеристики слабых всплесков класса 0 за исследованный период. Как видно из таблицы, средняя длительность такого всплеска составляет 5 ? 2 м, среднее значение максимальной интенсивности всплеска превышает фоновое значение на 2.2 имп/с, а средняя мощность всплеска равна 7х10^-9 Вт/м².

Выводы:

За период со 2 сентября по 23 декабря 1995г. было исследованно 139 всплесков класса А и 141 всплеск класса 0.

Рентгеновский всплеск класса 0, зарегистрированный в области энергий от 2 до 15 кэВ характеризуется следующими параметрами:

- длительность - 30 ё 300с,

- мощность всплеска - 4.5х10^-9 ё 10^-8 Вт/м²,

- превышение максимальной интенсивности всплеска над тепловым фоном составило 1 ё 5 имп/с,

- значение теплового фона - 6 ё 10 имп/с.

Общее количество всплесков класса А и 0 сравнимо между собой за исследованный период.

Таблица 1

2.3. Микровспышка как один из этапов солнечного вспышечного события.

Изучаемые в данной работе события малой мощности характеризуются энерговыделением от 10²⁵ до 10²⁶ эрг. Это полное энерговыделение вспышки, однако необходимо отметить, что такие события регистрируются в очень узком диапазоне энергий: от 2 до 5 кэВ.

Давая оценку характеру процесса, лежащего в основе микровспышки, мы опирались на тот факт, что зная форму временного профиля вспышки и ее энергетический спектр, можно сделать вывод о тепловой или нетепловой природе данного всплеска. По данным, полученным С.Крукером в эксперименте RHESSI, были исследованы 1000 микровспышек в мягком рентгеновском диапазоне. Их временные профили были сопоставлены с их же спектрами. Согласно полученным данным, если временной профиль рентгеновского излучения вспышки имеет достаточно быструю (до 10% от общей длительности вспышки) фазу нарастания и более длительную фазу спада, то с вероятностью 90%, можно говорить о тормозном происхождении рентгеновского излучения этой вспышки. Если же временной профиль имеет форму близкую к треугольной (около 50% длительности занимает фаза нарастания и столько же - фаза спада) или даже более сглаженную пологую форму, то тогда мы имеем дело с рентгеновским излучением теплового происхождения, например сталкиваемся с тепловой вспышкой. По данным проекта RHESSI, в 700 случаях из 1000 наблюдались характерные временные профили, говорящие о тормозном происхождении рентгеновского излучения вспышки (http:// hessi.ssl.berkeley.edu).

В нашем случае, мы исследуем события очень малой мощности, которые получены, как уже было отмечено выше, в очень узком диапазоне энергий. Следовательно, затруднительно говорить о построении полных энергетических спектров таких событий. Однако, используя данные проекта RHESSI, мы можем дать оценку характеру происхождения рентгеновского излучения наших микровспышек, пользуясь данными о форме временных профилей вспышек (http:// hessi.ssl.berkeley.edu).

На рис.1 показаны всплески рентгеновского излучения Солнца, зарегистрированные фотометром РФ-15И-2 в канале 2-3 кэВ 8 декабря 1995 г. в период с 01ч 30м UT по 06ч 00м UT. Данные представлены для сравнения совместно с данными, полученными за тот же период в проекте GOES (www.ngdc.noaa.gov).

Временное разрешение данных фотометра РФ-15И-2 в канале 2-3 кэВ равно 2с, а временное разрешение данных в проекте GOES - 1 минута. На рис.1 виден всплеск класса А с началом в 04ч 26м 47с UT, максимумом в 04ч 28м 49с UT и окончанием в 04ч 45м 07с UT. Мощность этого рентгеновского всплеска составила 1.2х10^-8 Вт/м². Временной профиль имеет характерную для рентгеновского всплеска тормозного происхождения форму: относительно быстрый передний фронт, четко выраженный максимум и более длительную, по сравнению с передним фронтом, фазу спада (время фазы нарастания - 2м 2с, время фазы спада - 16м 18с). Все остальные всплески, зарегистрованные 8 декабря 1995г. в период с 01ч 30м UT по 06ч 00м UT, имеют мощность 10^-8Вт/м² и относятся к классу 0 (на рис.1 они обозначены стрелками и цифрами от 1 до 7).

Интересен всплеск 2, который имеет характерный для рентгеновского излучения тормозной природы временной профиль: быстрый рост и относительно медленный спад. Начало этого солнечного события зарегистрировано в 02ч 46м 05с UT, окончание - в 02ч 57м 57с UT, максимум - в 02ч 46м 51с UT. Время фазы нарастания - 46с, время фазы спада - 11м 06с. Мощность этого всплеска в максимуме составила 6.8х10^-9 Вт/м². Такой всплеск можно классифицировать как микровспышку класса 0. Следует отметить, что форма временных профилей подобных микровспышек класса 0 совпадает с характерной формой временных профилей более крупных вспышек.

Можно сделать предположение о том, что тормозные процессы, возникающие после ускорения электронов, имеют место уже на начальном этапе выделения энергии в токовом слое, на “микроуровне”. Полагая, что токовый слой, скорее всего, имеет волокнистую микроструктуру, в которой могут возникать многочисленные неоднородности, можно предположить возникновение множественных микроразрывов в отдельных волокнах токового слоя. В результате каждого микроразрыва возникает локальное электрическое поле и происходит ускорение электронов, и, как следствие, генерация рентгеновского излучения.

Таким образом, на начальном этапе формирования вспышки существуют процессы, имеющие как тепловую так и нетепловую природу, именно эти процессы мы и наблюдаем в виде микровспышек класса 0.

Аналогично анализу всплеска 2, тормозную природу рентгеновского излучения можно предположить во всплесках 3, 5, 6. Всплеск 3 имеет начало - в 03ч 29м 36с UT, окончание - в 03ч 38м 02с UT, максимум в - 03ч 30м 32с UT, время фазы нарастания - 56с, время фазы спада - 7м 30с, мощность всплеска в максимуме - 5.8х10^-9 Вт/м². Всплеск 5 имеет параметры: начало - в 04ч 01м 09с UT, окончание - в 04ч 16м 49с UT, максимум - в 04ч 02м 31с UT, время фазы нарастания - 1м 22с, время фазы спада - 14м 18с, мощность всплеска в максимуме - 5.3х10^-9 Вт/м². Всплеск 6 характеризуется началом - в 04ч 57м 55с UT, окончанием - в 04ч 59м 41с UT, максимумом - в 04ч 58м 27с UT, временем фазы нарастания - 32с, временем фазы спада - 1м 14с, мощностью в максимуме - 5.1х10^-9 Вт/м². Можно отметить, что события 3, 5, 6, так же как и событие 2, имеют более длинную фазу спада и характерный для рентгеновского излучения тормозного происхождения временной профиль. Таким образом, события 3, 5 и 6 с высокой степенью вероятности можно определить как микровспышки класса 0. Всплески 1 и 4 имеют форму близкую к треугольной. Временной профиль события 7 более сглаженный и протяженный во времени. Всплеск 7 имеет следующие параметры: начало - в 05ч 28м 35с UT, окончание - в 05ч 40м 49с UT, максимум - в 05ч 32м 47с UT, время фазы нарастания - 4м 12с, время фазы спада - 8м 02с, мощность всплеска в максимуме - 6.8х10^-9 Вт/м². Всплески 1, 4, 7 можно определить как микровспышки, дающие рентгеновское излучение в основном теплового происхождения.

Таким образом, микровспышки класса 0 можно рассматривать как этап формирования солнечного события, на котором имеют место как тепловые, так и нетепловые процессы. Микровспышки класса 0 представляют собой, по-видимому, некий промежуточный класс событий между тепловыми возрастаниями рентгеновского излучения, образующими характерный фон, и собственно вспышками. Микровспышка класса 0 представляет собой локальное достаточно быстрое энерговыделение с зарегистрированными нами параметрами, некоторое локальное возмущение над тепловым фоном, характеризующееся смешанной природой. При определенных условиях, такие микровспышки могут накладываться друг на друга и их суперпозицию мы можем наблюдать в виде более крупных и продолжительных вспышечных событий.

Согласно упомянутой выше работе (Курочки 1987)

Рис. 1 Слабые всплески в рентгеновском диапазоне излучения

Солнца, зарегистрированные в проектах GOES и Интербол.

8 декабря 1995г. в период с 01ч 30м UT по 06ч00м UT.

посвященной анализу распределения по энергиям 15 тыс. солнечных вспышек, наблюдавшихся в 1978-1979г.г., количество вспышек быстро растет с уменьшением их энерговыделения до величины 10²⁸ эрг. Однако далее, с уменьшением энерговыделения, их количество начинает падать, но не до нуля, а до некоторого определенного значения, т.е. возможно существование некоторого нижнего предела в этом распределении. Этот нижний предел возможно и есть микровспышки класса 0.

Выводы:

1. Зарегистрированные в анализируемый период с сентября по декабрь 1995г. рентгеновские всплески класса 0 можно определить как микровспышки.

2. Вспышкой предлагается считать только такое возрастание энерговыделения в активной области, следствием которого является появление заметного количества ускоренных (нагретых) электронов и, как следствие этого, соответствующее возникновение некоторого минимального потока рентгеновского излучения.

3. Рентгеновское излучение микровспышек имеет как тормозную, так и тепловую природу. Возможна и их комбинация.

4. Ускорение электронов и соответствующие тормозные процессы, участвующие в механизме солнечной вспышки имеют место уже на начальном этапе формирования токового слоя, на своеобразном “микроуровне”, который может соответствовать так называемым элементарным актам энерговыделения, проявляющиеся как рентгеновские всплески классов 0 и А.

Глава 3. Микровспышки и тепловой фон солнечной короны.

3.1. Энергетический спектр слабых рентгеновских всплесков солнечных событий в диапазоне излучения Солнца 2-15 кэВ.

При регистрации слабых всплесков в рентгеновском диапазоне 2-15 кэВ излучения Солнца за период с сентября 1995 г. по декабрь 1999 г. были обнаружены следующие особенности: в годы, близкие к минимуму солнечной активности, а именно, в течение 1995 и 1996 гг. большинство всплесков класса А и 0 регистрировалось в областях энергий 2-3 и 3-5 кэВ, а в области энергий 5-8 и 10-15 кэВ число таких всплесков было заметно меньшим (менее 10 % по отношению к общему числу всплесков, регистрируемых во всех диапазонах энергий).

В аналогичных измерениях, осуществленных в 1997г., наблюдалось смещение максимума числа слабых рентгеновских всплесков от участка 2-5 кэВ к участку 3-8 кэВ. Между тем, в областях энергий 8 кэВ рентгеновских всплесков по-прежнему наблюдалось очень мало или они отсутствовали вовсе.