О СООТНОШЕНИИ ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА СОЛНЕЧНЫХ МИКРОВОЛНОВЫХ ВСПЛЕСКОВ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА ПОТОКА ПРОТОНОВ У ЗЕМЛИ И.М. Черток*, В.В. Гречнев**, Н.С.Мешалкина** - презентация

1 О СООТНОШЕНИИ ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА СОЛНЕЧНЫХ МИКРОВОЛНОВЫХ ВСПЛЕСКОВ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА ПОТОКА ПРОТОНОВ У ЗЕМЛИ И.М. Черток*, В.В. Гречнев**, Н.С.Мешалкина** * ИЗМИРАН, Троицк; **ИСЗФ, Иркутск

2 Н епосредственно во вспышке в процессе импульсного и/или постэруптивного (ПЭ) энерговыделения (см., например, Chertok, 1995; Klein & Trottet, 2001; Bazilevskaya, 2005; Лившиц & Белов, 2004; Li et al., 2007, Grechnev et. al., 2008; Miroshnichenko & Perez-Peraza, 2008). или В ударной волне перед корональным выбросом (Coronal Mass Ejection, CME) (см., например, Cliver et al., 1993, 2004; Reames, 1999; Kahler, 2001; Tylka et al., 2005, 2006). Давняя проблема – где ускоряются солнечные космические лучи (СКЛ): McCracken et al. (2008)

3 Анализ экстремального протонного события обострил дискуссию (см. Grechnev et al., 2008; McCracken et al. 2008) Grechnev et al. (2008): Существенные аргументы в пользу ускорения частиц основного импульса наземного возрастания СКЛ (GLE) во вспышке, а не в ударной волне перед СМЕ: 1. Экстремальность события 20 января не в параметрах СМЕ, а в характеристиках вспышки, произошедшей в сильных магнитных полях, что проявилось, в частности, в мощнейшем жестком микроволновом радиовсплеске (пиковые потоки на 17 и 35 ГГц S> с.ед.п.; частота спектрального максимума fm~30 ГГц).

4 Анализ экстремального протонного события обострил дискуссию (см. Grechnev et al., 2008; McCracken et al. 2008) Grechnev et al. (2008): Существенные аргументы в пользу ускорения частиц основного импульса наземного возрастания СКЛ (GLE) во вспышке, а не в ударной волне перед СМЕ: 2. Временной профиль первого мощного анизотропного импульса GLE соответствует по времени и близок по форме профилю вспышечного высокоэнергичного (>60 МэВ) гамма-излучения (см. также S.N.Kuznetsov et al., 2005, 2006, 2007).

5 Для протонных вспышек на западной половине диска - корреляция величины потока протонов разных энергий у Земли (J E ) с интенсивностью электромагнитного излучения вспышек в разных диапазонах: - с пиковым и интегральным потоками микроволновых всплесков (см. Croom, 1970, 1971; Castelli & Barron, 1977; Akinyan et al., 1980, 1981; Cliver et al., 1989); - с мягким рентгеном (см. Belov et al., 2005; Cliver, 2006); - с флюенсом линейчатого гамма-излучения в диапазоне 4-7 МэВ (Фомичев & Черток, 1985; Chertok, 1990). Аргументы в пользу ускорения СКЛ во вспышках? Kahler (1982): эти корреляции - «синдром большой вспышки» (СБВ). Вот если бы была корреляция СПЕКТРОВ… Корреляция спектров не укладывается в СБВ.

6 Черток (1982,1989), Chertok (1990) (см. также Bakshi & Barron, 1979): Западные протонные события гг., корреляция между параметрами частотного спектра микроволновых всплесков (отношение пиковых потоков на частотах 9 и 15 ГГц, S 9 /S 15 ; частота спектрального максимума, f m ) и показателем δ интегрального степенного энергетического спектра протонов у Земли JE E^(-δ) в диапазоне энергий десятки МэВ. Жесткий/мягкий радиоспектр – жесткий/мягкий спектр протонов

7 Настоящая работа: проверка этих важных корреляций и закономерностей по данным гг. Данные Протоны: - Каталог протонных событий гг., ред. Ю.И.Логачев. - NOAA таблица - Временные профили GOES, E>10, 50, 100 МэВ - Параметр lg(J 10 /J 100 ) – эквивалент показателя δ степенного энергетического спектра (см. Осокин и др., 2007). Радиовсплески: - SGD, - Данные сети RSTN на f=2,7; 5; 8,8 и 15,4 ГГц ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/SOLAR_RADIO/BURSTS/ - Скорректированные данные обсерватории Nobeyama, f=2; 3,75; 9,4; 17; 35 и 80 ГГц - Те же параметры: (1) отношение пиковых радиопотоков на f~9 и 15 ГГц (S 9 /S 15 ); (2) частота спектрального максимума микроволновых всплесков (f m ).

8 - Спектр потока протонов определялся по 1-ому пику на профилях за вычетом фона; - Пики, связанные с внезапным началом (SC) геомагнитной бури, не учитывались.

9 Подтверждаются ранее установленные закономерности: - Мягкий радиоспектр (S9/S15 1,5) – мягкий спектр протонов (δ 2); - Жесткий радиоспектр (S9/S15 1,0) – жесткий спектр протонов (δ 1,5).

10 То же самое отдельно для наземных возрастаний потока протонов (GLE)

11 То же самое по частоте спектрального максимума f m : - Мягкий радиоспектр (f m 5 ГГц) – мягкий спектр протонов (δ 2); - Жесткий радиоспектр (f m 15 ГГц) – жесткий спектр протонов (δ 1,5).

12 Вспышки с мощным радиовсплеском на 35 ГГц по данным обсерватории Нобеяма ~45 Большое количество энергичных частиц с жестким энергетическим спектром в сильном магнитном поле.

13 - Большинство вспышек с S 35 >10^4 sfu – мощные протонные события; - Это относится и к восточным вспышкам; - Восточные вспышки приводят к мощным потокам протонов при экстремально мощных радиовсплесках. Вспышки с мощным радиовсплеском на 35 ГГц, гг.

14 Выводы - Теперь уже по данным 4-ех циклов: соответствие параметров частотного спектра микроволновых всплесков (S 9 /S 15, fm) и энергетического спектра потоков протонов у Земли в диапазоне энергий десятки МэВ: жесткий/мягкий радиоспектр – жесткий/мягкий спектр протонов. - Информация о спектре частиц, ускоренных во вспышке, сохраняется, несмотря на сложные условия распространения протонов даже в диапазоне десятков МэВ. - Соответствие спектров не укладывается в «синдром большой вспышки». - Вспышки с сильными всплесками на высоких частотах (35 ГГц) – наиболее мощные протонные события. - Еще один серьезный аргумент в пользу вспышечного ускорения протонов, приходящих к Земле в виде первого импульса. - Если существено доускорение на ударной волне, то вспышечные частицы играют роль seed population при сохранении информации об их спектре.

15 Существенные уточнения результатов работы Осокин, Лившиц, Белов (2007): - Узкое гауссово распределение числа вспышек по величине δ=lg(J 10 /J 100 ) с выраженным максимумом при δ~1.5 свидетельствует о наличии выделенного спектра ускоренных частиц в мощных вспышках. - Отношение J 10 /J 100 возрастает примерно на порядок при переходе от обычных двухленточных вспышек к явлениям с длительным мягким рентгеновским излучением, т.е. с развитыми постэруптивными петлями. Настоящая работа: - Спектр ускоренных частиц во вспышке меняется в зависимости от условий (магнитного поля) в месте ускорения, что отражается в частотном спектре микроволновых всплесков и энергетическом спектре соответствующих потоков протонов у Земли. - Это относится не только ко вспышкам с мягким спектром (с длительным постэруптивным энерговыделением), но и ко вспышкам с жестким спектром (с преобладающим ускорением во взрывной фазе на небольших высотах в сильных магнитных полях над пятнами).

16 Распределение протонных событий с разным потоком протонов при Е>100 МэВ на плоскости S 9 -S 15 - Общее соответствие потоков радиовсплесков и протонов: S 9,15 J 100 ; - Среди событий с малым радиопотоком (S 9,15 S 15 ); - Большинству мощных потоков протонов (J 100 >10) соответствуют мощные всплески (S 9,15 > ) с жестким радиоспектром (S 9

17 Somov & Chertok (1996), Chapman Conf. CMEs: causes and consequences, Montana State University, Boseman, Montana Gradual events: shocks or post-eruptive acceleration in/above ARs?