ОСНОВЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ДИАГНОСТИКИ СОЛНЕЧНЫХ ЭРУПЦИЙ – ИСТОЧНИКОВ НЕРЕКУРРЕНТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ КОСМИЧЕСКОЙ ПОГОДЫ И.М. Черток*, А.В. Белов*, В.В. Гречнев** * ИЗМИРАН, Троицк; **ИСЗФ, Иркутск

Oсновной источник наиболее сильных нерекуррентных возмущений космической погоды: - геомагнитных бурь; - Форбуш-понижений (ФП) интенсивности фоновых космических лучей Корональные выбросы, н а блюдаемые в белом свете – Coronal Mass Ejections (CMEs) SOHO/LASCO/C2, EIT/195 Å См., напр., Bothmer & Zhukov (2007), Gopalswamy (2009) разностные изображения

Крупномасштабные проявления СМЕs на диске в крайнем УФ диапазоне - Димминги – области пониженной яркости (транзиентные, т.е. временные, корональные дыры) – основания эруптировавших магнитных структур. - Яркая постэруптивная (ПЭ) аркада над центром эрупции – релаксация магнитного поля, возмущенного СМЕ, к новому квазиравновесному состоянию. Димминги и аркады визуализируют структуры, вовлеченные в эрупцию СМЕs SOHO/EIT/195 Å разностные изображения

Димминги и аркады в источниках крупнейших геомагнитных бурь 23-его цикла

В аспекте космической погоды: - До сих пор: димминги и аркады на видимом диске – качественный индикатор выброса CMEs в сторону Земли (cм., напр., Bothmer & Zhukov, 2007; Gopalswamy, 2009). - Задача: - использовать количественные параметры диммингов и аркад для диагностики солнечных эрупций, в частности, с целью прогнозирования нерекуррентных геомагнитных бурь и ФП (см. Черток & Гречнев, 2006); - анализ связи количественных параметров диммингов и аркад с интенсивностью геомагнитных бурь и величиной ФП, а также со временем распространения межпланетных облаков от Солнца до Земли (транзитным временем).

Данные - Телескоп КУФ диапазона SOHO/EIT (Delaboudinière et al., 1995), изображения Солнца в канале 195 Å (Fe XII, Т 1,3 МK); - Магнитограммы SOHO/MDI (Scherrer et al., 1995); - Крупные события 23-его цикла (1997–2008 гг.), в которых, по данным Coordinated Data-Analysis Workshop (CDAW; см. Zhang et al., 2007), наряду с ФП, имели место геомагнитные бури с индексом |Dst| > 100 нТл ; - Отождествление с эрупцией конкретных CMEs из центральной зоны видимой полусферы Солнца в пределах 45 от центрального меридиана; - Вспышечные эрупции в активных областях; часть событий – эрупции волокон вне активных областей. - Проверка и некоторые уточнения привязки геомагнитных бурь (ФП) к солнечным выбросам; база данных ИЗМИРАН (см. Belov, 2009), комплекс наземных и космических наблюдений; каталоги ICME Cane & Richardson (2003), Richardson & Cane (2010). - Величина ФП: жесткость 10 ГВ, данные мировой сети станций, метод глобальной съемки (Крымский и др., 1981; Belov et al., 2005).

Методика IDL программа: -калибровка исходных FITS-файлов SOHO/EIT; -компенсация солнечного вращения и формирование разностных изображений (Chertok & Grechnev, 2005) ; -выделение диммингов и ПЭ аркад; -измерение по выбранным критериям площадей и потоков излучения в областях диммингов и аркад; -совмещение изображений диммингов и аркад с магнитограммами SOHO/MDI ; -вычисление магнитного потока продольного поля на фотосфере, соответствующего этим образованиям.

Методика Выделение диммингов и аркады по относительным порогам в интервале до 3-4 часов от начала эрупции: - димминги – понижение яркости >40 %; - аркада – на уровне 5 % от пиковой яркости на момент максимального потока из обозначившейся площадки. Параметр –магнитный поток диммингов ( Ф dim ) и аркады ( Ф arc ) и суммарный поток ( Ф = Ф dim + Ф arc ) на уровне фотосферы

Форбуш-понижения и геомагнитные бури в июле 2000 г. Анализ логично начать именно с ФП, поскольку их глубина (в отличие от геомагнитных бурь) не зависит от знака Bz и определяется напряженностью магнитного поля в облаке, а также его скоростью и размерами (см. Belov, 2009)

Величина Форбуш-понижений A F Параметр Ф – суммарный магнитный поток диммингов и аркады Одиночные, надежно отождествленные события: - эрупции из активных областей (АО); - эрупции волокон вне АО N= 27 r 0,94 A F (%) = –0,08 + 0,03 Φ (10 20 Мкс) Все анализировавшиеся события: (добавлены cложные события, связанные с несколькими CMEs/ICMEs, и/или события с вероятным отождествлением солнечного источника) - эрупции из активных областей (АО); - эрупции волокон вне АО N= 47 r 0,85

Инт е нсивность геомагнитных бурь, Dst (без учета факторов, определяющих знак Bz- компоненты, т.е. самый упрощенный, предварительный вариант) Все анализировавшиеся события Dst (нТл) = ,5 Φ (10 20 Мкс) Φ230

Транзитное время (T t ) – интервал между пиком мягкого рентгена в источнике эрупции и приходом к Земле ударной волны (SC) Тот же параметр Ф – суммарный магнитный поток диммингов и аркады Одиночные, надежно отождествленные события: - эрупции из активных областей (АО); - эрупции волокон вне АО N= 30 r 0,73 T t (ч) = 85/(1+ 0,004 Ф) (10 20 Мкс) Все анализировавшиеся события: (добавлены cложные события, связанные с несколькими CMEs/ICMEs, и/или события с вероятным отождествлением солнечного источника) - эрупции из активных областей (АО); - эрупции волокон вне АО N= 52

Для большинства событий Ф arc > Ф dim Основной вклад вносит магнитный поток аркад

Выводы (по событиям с |Dst| > 100 нТл за 23-ий цикл ) - Величина ФП и транзитное время (характеристики приходящих к Земле ICMEs) в значительной степени определяются параметрами и типом солнечных эрупций; - Величина ФП и транзитное время тесно связаны с суммарным магнитным потоком диммингов и аркады на уровне фотосферы; - Зависимость между величиной ФП и эруптивным магнитным потоком – аналогичная связь имеет место и для интенсивности нерекуррентных геомагнитных бурь даже без учета факторов, определяющих появление отрицательной южной компоненты магнитного поля Bz в ICMEs у Земли; - Обнаруженная зависимость транзитного времени от эруптивного магнитного потока имеет большое самостоятельное значение; - Инструмент (предварительный) для диагностики геоэффективности солнечных эрупций и краткосрочного прогнозирования нерекуррентных возмущений космической погоды по данным в КУФ диапазоне.

Реальная диагностика солнечных эрупций 2010 г. в Центре прогнозов космической погоды ИЗМИРАН По параметрам диммингов и аркад эрупции были относительно небольшими и, согласно оценкам, должны были приводить к довольно слабым возмущениям космической погоды, что и подтвердилось. Крупная эрупция 3 апреля 2010 г. Суммарный магнитный поток Ф 1, Мкс Ожидаемые величины: A F 3 %, T t 59 ч, Dst - 90 нТл Наблюдения: A F 2,9 %, T t 47 ч, Dst -73 нТл Эрупция 1 августа 2010 г. Примерно такое же соответствие ожидаемых и наблюдаемых величин A F, T t, Dst

Дальнейшие исследования Пока проанализированы эрупции, которые сопровождались интенсивными геомагнитными бурями с |Dst| > 100 нТл - Проанализировать все гало СМЕs из центральной зоны солнечного диска, рассчитать для них магнитный поток диммингов и аркад и проанализировать их геоэффективность - Для геомагнитных бурь надо научиться учитывать факторы, определяющие знак Bz компоненты межпланетного магнитного поля у Земли), например, учитывая только те части диммингов и аркад, в пределах которых обнаруживается отрицательная меридиональная компонента расчетного магнитного поля в короне на высотах порядка (0,1-0,3) Rs над фотосферой - Проанализировать тип ICMEs, вызванного конкретной солнечной эрупцией, и с какой именно частью межпланетного облака (основным телом или sheath, т.е. оболочкой между фронтальной ударной волной и телом облака) было связано развитие конкретной геомагнитной бури - Проделать процедуры, необходимые для перехода от данных SOHO/EIT и SOHO/MDI к данным SDO/AIA и SDO/HMI

- На практике разрабатываемый подход к диагностике солнечных эрупций по УФ диммингам и аркадам должен использоваться как составной компонент более широкого комплекса методов и средств краткосрочного прогнозирования геомагнитных бурь и Форбуш- понижений, включая МГД модели и прямые наблюдения распространяющихся в сторону Земли CMEs/ICMEs с помощью двух аппаратов STEREO. - Такой же подход может быть использован для диагностики геоэффективности корональных дыр, ответственных за рекуррентные возмущения космической погоды: расчет магнитного потока по контуру корональной дыры на выбранном уровне контраста в высокотемпературном канале SOHO/EIT 284 Å.

Спасибо за внимание

– исключительное событие: умеренная эрупция (Ф 1, Мкс, V CME км/с) -- сильнейшая геомагнитная буря 23-его цикла (Dst -422 нТл) при умеренном Форбуш-понижении (A F 4,7 %). По геомагнитной буре выпадает при всех сопоставлениях. Указание на малый размер межпланетного облака у Земли.

- Сильное магнитное поле в облаке (около 50 нТл) – следствие малых размеров облака - Поле было ориентировано так, что на максимальной фазе практически все оно наблюдалось в виде отрицательной Вz-компоненты - Второй оборот мощного активного комплекса конца октября – начала ноября 2003 г., состоящего из тех крупных, связанных между собой областей

Наблюдения крупномасштабных проявлений эрупций на Солнце, возникающих в процессе корональных выбросов (Coronal Mass Ejections, CMEs), определение количественных параметров диммингов и постэруптивных аркад Прогнозирование интенсивности геомагнитных бурь, величины Форбуш понижений потока фоновых космических лучей и времени распространения межпланетных CMEs (ICMEs) от Солнца до Земли

Эрупция волокна вне активной области

Форбуш-понижения и геомагнитные бури в июле 2000 г.

Контуры аркады определяются в момент ее максимального потока, который близок ко времени максимума вспышки в мягком рентгене

Величина Форбуш-понижений A F Магнитный поток диммингов Ф dim Магнитный поток аркады Ф arc Суммарный магнитный поток диммингов и аркады Ф = Ф dim + Ф arc

Интенсивность геомагнитных бурь Dst Магнитный поток диммингов Ф dim Магнитный поток аркады Ф arc Суммарный магнитный поток диммингов и аркады Ф = Ф dim + Ф arc

Транзитное время Магнитный поток диммингов Ф dim Магнитный поток аркады Ф arc Суммарный магнитный поток диммингов и аркады Ф = Ф dim + Ф arc

Соотношение между интенсивностью геомагнитных бурь (Dst индекс) и глубиной Форбуш-понижений (A F ) для событий 23-его цикла с |Dst|>100 нТл