О механизмах генерации зебра-структуры в солнечном радиоизлучении Чернов Г.П., Фомичев В.В. ИЗМИРАН, Троицк Московской обл. e-mail: gchernov@izmiran.rssi.ru. - презентация

1 О механизмах генерации зебра-структуры в солнечном радиоизлучении Чернов Г.П., Фомичев В.В. ИЗМИРАН, Троицк Московской обл. Исследования тонкой структуры солнечных радиовсплесков очень важны как для уточнения механизмов генерации самих всплесков, так и для диагностики плазмы солнечной короны. Для интерпретации зебра структуры (ЗС) континуальных радиовсплесков IV типа предложен ряд механизмов их генерации, наиболее разработанными из которых являются механизм на двойном плазменном резонансе (ДПР) и механизм взаимодействия плазменных волн с вистлерами. В дециметровом диапазоне волн обнаружены жгуты волокон, которые образуют на спектре крупномасштабные полосы ЗС. Интерпретация этого явления позволяет впервые объединить вклад обоих вышеупомянутых механизмов. Низкий уровень неустойчивости плазменных волн не создает континуума, но в результате их взаимодействия с вистлерами (одновременно излучаемыми теми же быстрыми частицами с конусным распределением по скоростям) образуются волокна, дрейфующие (в результате движения вистлеров с групповой скоростью) только на уровнях ДПР. Таким образом, здесь вистлеры служат определенным индикатором очагов низкого уровня возбуждения плазменных волн на уровнях ДПР. В микроволновом диапазоне обнаружена необычная тонкая структура, состоящая из миллисекундных всплесков (спайков) в поглощении, наблюдавшаяся на китайском спектрополяриметре в диапазоне 2.6 – 3.8 ГГц (станция Хуайроу, Пекин) в последней крупной вспышке (Х3.4/4В) 23-го цикла 13 декабря 2006 г. Анализ оптических данных свидетельствует о магнитном пересоединении и двух местах ускорения быстрых частиц. Часть частиц захватывалась в магнитную ловушку. Появление спайков в поглощении и их выстраивание вдоль траекторий III типа удается объяснить в рамках известного механизма образования всплесков в поглощении.

2 МЕХАНИЗМЫ ЗЕБРА-СТРУКТУРЫ Понимание природы тонкой структуры радиоизлучения является одним из важнейших критериев проверки механизмов радиоизлучения. Дискуссия о происхождении зебра-структуры продолжается более 30 лет. Чаще всего обсуждается механизм, основанный на двойном плазменном резонансе (Zheleznykov, Zlotnik, Solar Phys. 43, 431, (1975)) : ω UH = (ω 2 Pe + ω 2 Be ) 1/2 = sω Be Волокна (или fiber-bursts) отличаются от полос зебра-структуры только постоянным частотным дрейфом на динамическом спектре. Однако общепринятым механизмом излучения волокон можно считать взаимодействие плазменных волн с вистлерами, возбуждаемыми одновременно с плазменными волнами на верхней гибридной частоте быстрыми электронами с конусным распределением по скоростям: l + w t. В некоторых явлениях полосы зебра-структуры плавно переходят в волокна и обратно, что свидетельствует о единой природе этих двух типов полос в излучении и поглощении (Chernov, Space Sci. Rev. 127, 195, (2006)). НОВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ В метровом диапазоне волн иногда наблюдается сложное сочетание волокон и зебра-структуры. На Рис. 1 показаны периодические узкополосные волокна (похожие на жгуты), погруженные в развитую зебра-структуру в метровом диапазоне волн на спектрах ИЗМИРАН.

3 Рис.1. Периодические узкополосные волокна (похожие на жгуты), погруженные в развитую зебра-структуру в метровом диапазоне волн на спектрах ИЗМИРАН (Чернов, Письма в Астр. Ж. 34, 536, 2008).

4 В дециметровом диапазоне волн обнаружены похожие жгуты волокон, которые образуют на спектре крупномасштабные полосы зебра-структуры. Рис.2. Дрейфующие волокна, образующие крупномасштабную зебра-структуру на спектре обсерватории Хуайроу (Пекин, КНР) в диапазоне ГГц длительностью ~ 0.5 сек. (внизу), и временной профиль интенсивности на частоте ГГц (вверху). (Chernov, et al. Solar Physics, 250, 115, 2008).

5 Интерпретация этого явления позволяет впервые объединить вклад обоих вышеупомянутых механизмов: вклад излучения электростатических плазменных волн на верхней гибридной частоте на уровнях двойного плазменного резонанса (ДПР) и роль вистлеров, одновременно излучаемых теми же быстрыми частицами с конусным распределением по скоростям. Низкий уровень неустойчивости плазменных волн не создает континуума, но в результате их взаимодействия с вистлерами образуются волокна, дрейфующие (в результате движения вистлеров с групповой скоростью) только на уровнях ДПР. Таким образом, здесь вистлеры служат определенным индикатором очагов низкого уровня возбуждения плазменных волн на уровнях ДПР. В микроволновом диапазоне обнаружена необычная тонкая структура, состоящая из миллисекундных всплесков (спайков) в поглощении, наблюдавшаяся на китайском спектрополяриметре в диапазоне 2.6 – 3.8 ГГц (станция Хуайроу, Пекин) в последней крупной вспышке (Х3.4/4В) 23-го цикла 13 декабря 2006 г. Анализ оптических данных позволяет полагать, что континуальное излучение возбуждалось конусной неустойчивостью быстрых электронов, захваченных в магнитную ловушку.

6 Рис.3. Динамический спектр в диапазоне ГГц и профили на двух частотах длительностью ~ 0.7 сек. всплесков в поглощении. Дрейфующие к низким частотам всплески, похожие на всплески III типа, состоят из темных спайков (в поглощении). Длительность одиночных недрейфующих спайков ~8 мс, мгновенная полоса частот ~ МГц. В правой группе темных всплесков III типа спайки образуют полосы зебра-структуры. (Chernov G.P., Yan Y., Tan Ch., Chen B., Fu Q., Solar Phys. (accepted) 2009.

7 Figure 4 Enlarged spectrum and time profile at fixed frequency 2.87 GHz of ~ 0.7 s duration showing the modulation depth during the type III-like bursts in absorption. The spikes, as the substructures of type III-like bursts are clear visible. This substructure looks as braided zebra.

8 Рис.5 Развитие вспышки (X3.4/4B) по данным TRACE в полосе 195 Å (вспышечное уярчение на спадающей фазе явления). В западной части аркады петель наблюдаются подъем и опускание шлемовидной петли и следы выбросов. Продолжение этих выбросов фиксировалось на коронографе SOHO/LASCO в виде мощного КВМ, имеющего форму двух последовательных магнитных облаков. Эти данные свидетельствуют о магнитном пересоединении и выбросах магнитных облаков в результате разрывной неустойчивости (тиринг- мода). После опускания петли (04:23 UT) активность спайков в поглощении прекратилась.

9 Появление спайков в поглощении и их выстраивание вдоль траекторий III типа удается объяснить в рамках известного механизма образования всплесков в поглощении (Zaitsev, Stepanov, Astron. Astrophys. 45, 135, 1975). Дополнительная инжекция быстрых частиц (пучки электронов небольших размеров) заполняла конус потерь (нарушая конусное распределение), и генерация континуума срывалась в эти моменты, что выражалось формированием всплесков в поглощении на фоне континуума. Поскольку максимальное излучение плазменных волн на верхней гибридной частоте имеет место при условии ДПР, то и максимальный эффект поглощения имел место на уровнях ДПР. Тем самым, объясняется появление на динамическом спектре темных спайков периодически по частоте вдоль дрейфующей траектории III типа. В моменты максимального поглощения появлялись полосы типа зебры, дрейф которых к высоким частотам можно связать с медленным опусканием магнитной петли, а не с быстрым дрейфом радиоисточника вниз или с ростом напряженности магнитного поля. При тиринг-неустойчивости магнитные силовые линии могут двигаться независимо от плазмы (нарушение вмороженности, Aschwanden, 2004, Physics of the Solar Corona, p. 414; см. теорию в Прист, Форбс, 2005, Магнитное пересоединение, Гл ). ВЫВОД Таким образом, нет необходимости искать новый механизм генерации для каждого нового проявления зебра-структуры. Необычные свойства тонкой структуры могут определяться параметрами плазмы в радиоисточнике. Однако новые модели зебры продолжают множатся. С чем это связано?

10 Другие механизмы зебра-структуры Проблемы с механизмом ДПР: Kuznetsov, Tsap, Solar Phys. 241, 127, (2007). Высвечивание захваченной в неоднородности Z- моды на собственных гармониках из точечного источника на одном уровне ДПР (аналогия механизма излучения магнитосферных всплесков (авроральных «хоров»): LaBelle, Treumann, Yoon, Karlicky, Astrophys. J. 593, 1195 (2003). Самый естественный механизм ЗС: формирование спектра гармоник (собственных частот) как следствие распространения электромагнитных волн через неоднородную периодическую плазму, которая является фильтром частот с многочисленными окнами прозрачности: Лаптухов, Чернов, Физика плазмы, 32, 939, (2006); Лаптухов, Чернов, Физика плазмы, 35, 185, (2009). Близкие (к эффектам распространения) механизмы (Interference mechanisms) : Barta M., Karlicky M. Astron. Astrophys. 450, 359, (2006); Ledenev V.G., Yan Y., Fu Q. Solar Phys. 233, 129, (2006). Готовится к публикации усовершенствованный механизм Fomichev V.V.and Faishtein S.M. Solar Phys. 71, 385 (1981) (рассеяние нелинейной ионнозвуковой волны на быстрых частицах) в условиях взрывной неустойчивости.