Магнитное поле корональной дыры в гелиосфере: закон обратных квадратов ? А.А. Соловьев Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН, С.-Петербург, - презентация

1 Магнитное поле корональной дыры в гелиосфере: закон обратных квадратов ? А.А. Соловьев Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН, С.-Петербург, Россия С.А.Гусева, А.Д.Шрамко Горная астрономическая станция ГАО РАН, Кисловодск, Россия 7-ая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе февраля 2012 г., ИКИ РАН

2 В ВЕДЕНИЕ Когда внутри больших униполярных ячеек крупномасштабного МП, происходит размыкание магнитных силовых линий, плазма перестаёт удерживаться в околосолнечных областях и по силовым линиям МП устремляется в межпланетное пространство. В открытых магнитных конфигурациях падает плотность плазмы, температура оказывается несколько ниже корональной (~0.8 МК), и такие области открытого поля становятся видны, как области пониженной светимости, в мягком рентгене и в далеком УФ наблюдается Корональная Дыра. КД - источники квазистационарного высокоскорост- ного СВ ( км/с у орбиты Земли). Наиболее четко КД выявляются на снимках в мягком рентгене и на корональных спектрогелио- граммах далекой УФ-области. Они также хорошо видны в линии гелия HeI и в метровом радиодиапазоне ( λ < 4 м). и в метровом радиодиапазоне (λ < 4 м).

3 П ОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Ц ель настоящей работы – исследование пространственного изменения магнитного потока, который, выходя из КД в солнечной короне, достигает орбиты Земли. Принципиальным является вопрос: убывает ли МП внутри открытой магнитной силовой трубки КД обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца?

4 В ЫБОР НАБЛЮДАТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА Для исследования выбирались такие периоды времени, когда на диске Солнца отсутствовали любые активные образования, за исключением корональных дыр ( КД ) (период 2006 – 2009 гг, фаза минимума 23-го цикла активности). Использованы данные космических аппаратов SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), GGS WIND (Global Geospace Science Program WIND) и ACE (Advanced Composition Explorer). Для оцифровки координат КД на ежедневных снимках EIT в линии λ195Å (SOHO) и расчета площадей КД в секторе, влияющем на параметры солнечного ветра ( СВ ), применялась специальная компьютерная программа, написанная с помощью пакета IDL6.1 (Interactive Data Language).

5 П римеры определения площади КД, которые попадают в выбранный эллипсоидальный сектор поиска (полуоси эллипса: a=0.6Ro и b=0.3Ro) А ЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ НАБЛЮДАТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА

6 Г рафики сравнений площадей солнечных КД (SКД /S) со скоростью (V), концентрацией частиц (n) и МП (B) СВ в точке Лагранжа L1

7 В ременные данные прохождения КД через центральный меридиан в сопоставлении временем увеличения скорости и плотности частиц СВ, вызванными воздействием этих КД КД По КДПо VПо n t нач. ггммдд.[доли суток] ΔtΔt t нач. ггммдд.[доли суток] ΔtΔt t нач. ггммдд.[доли суток] ΔtΔt Значения временных интервалов, приведенные в табл., получены без учета того, под каким углом пересекает Земля магнитную силовую трубку. По данным этой таблицы времена прохождения Землей участков с повышенной скоростью СВ оказывается в среднем несколько выше, чем времена прохождения КД через меридиан.

8 Р ЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАБОТКИ НАБЛЮДАТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА Магнитный поток КД, выходя из короны Солнца в межпланетное пространство, служит открытым каналом, вдоль которого формируются высокоскоростные течения СВ, покидающие Солнце в радиальном направлении. Если бы Солнце не вращалось, то при радиальном истечении плазмы и магнитные силовые линии были бы радиальными. Поскольку Солнце вращается, МП приобретает поперечную компоненту в плоскости, перпендикулярной оси вращения и его силовые линии становятся спиральными. С учётом того, что орбита Земли пересекает выходящую из Солнца магнитную силовую трубку под определенным углом, можно рассчитать отношение длительности прохождения КД через центральный меридиан к длительности периода увеличения скорости СВ, вызванного этими КД.

9 Орбита Земли пересекает магнитную силовую трубку не перпендикулярно к ее оси, а под некоторым углом ( γ ), поскольку магнитная трубка, вследствие вращения Солнца, изогнута в пространстве, ее осевая линия имеет форму спирали Архимеда.

10 П рямая связь между длительностью прохождения КД через центральный меридиан и длительностью временного интервала увеличения скорости СВ (с учетом кривизны оси магнитной силовой трубки), вызванного этими КД Полученный результат мы рассматриваем как прямое доказательство того, что поле внутри магнитной силовой трубки, выходящей из КД, уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния Точки графика отмечают номера КД. Линейная аппрокси- мация дает наклон прямой точно под углом в 45° и среднее квадра- тичное отклонение точек на графике от аппроксимирующей прямой равно 0.05.

11 О ценки МП в основании КД, по измеренным параметрам СВ со спутников GGS WIND и ACE, следуя закону обратных квадратов КД Дата выхода КД на ЦМ B СВ (макс.), нТл B фон, нТл B СВ (L), нТл B СВ (S), нТл B КД (макс.), Гс B КД (L), Гс B КД (S), Гс

12 О ценки плотности потока частиц в основании КД, по измеренным параметрам СВ со спутников GGS WIND, следуя закону обратных квадратов КД Дата Выхода КД на ЦМ n СВ (макс.), част./см 3 Vсв (макс.), км/с n фон, част./см 3 V фон, км/с n СВ (L), част./см 3 V СВ (L), км/с F КД (макс.) част./с · см 2 F КД (L), част./с · см · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 10 13

13 С хема, иллюстрирующая процедуру усреднения возмущений поля по единичному разрезу х и по площади сечения магнитной силовой трубки КД -

14

15 В ЫВОДЫ Показано, что внутри магнитной силовой трубки КД магнитное поле падает с расстоянием от Солнца по закону обратных квадратов. Результат получен сравнением длительности прохождения КД через центральный меридиан с длительностью времени увеличения скорости СВ, вызванного этими КД на орбите Земли. Отношение двух указанных временных интервалов близко к единице. На основании закона обратных квадратов по параметрам СВ вблизи орбиты Земли рассчитаны: МП (около 2 Гс) и плотность потока частиц (около 1.5×10 13 частиц/с·см 2 ) на поверхности Солнца, в основании исследованных КД.

16 Спасибо за внимание!