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

■ Непосредственно 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)

Анализ экстремального протонного события 20.01.2005 обострил дискуссию (см. http://creme96.nrl.navy.mil/20Jan05/; 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> 80000 с.ед.п.; частота спектрального максимума fm~30 ГГц).

Анализ экстремального протонного события 20.01.2005 обострил дискуссию (см. http://creme96.nrl.navy.mil/20Jan05/; 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).

Для протонных вспышек на западной половине диска - корреляция величины потока протонов разных энергий у Земли (JE) 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.

Черток (1982,1989), Chertok (1990) (см. также Bakshi & Barron, 1979):

Западные протонные события 1966-1986 гг., корреляция между параметрами частотного спектра микроволновых всплесков (отношение пиковых потоков на частотах 9 и 15 ГГц, S9/S15; частота спектрального максимума, fm) и показателем δ интегрального степенного энергетического спектра протонов у Земли JEE^(-δ) в диапазоне энергий десятки МэВ.

Жесткий/мягкий радиоспектр – жесткий/мягкий спектр протонов

Настоящая работа: проверка этих важных корреляций и закономерностей по данным 1987-2008 гг.

Данные Протоны: - Каталог протонных событий 1987-1996 гг., ред. Ю.И.Логачев. - NOAA таблица http://umbra.nascom.nasa.gov/SEP/seps.html- Временные профили GOES, E>10, 50, 100 МэВ http://www.swpc.noaa.gov/ftpmenu/warehouse.- Параметр lg(J10/J100) – эквивалент показателя δ степенного энергетического спектра (см. Осокин и др., 2007).

Радиовсплески:- SGD, http://sgd.ngdc.noaa.gov/sgd/jsp/solarindex.jsp- 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 http://solar.nro.nao.ac.jp/norp/ - Те же параметры: (1) отношение пиковых радиопотоков на f~9 и 15 ГГц (S9/S15); (2) частота спектрального максимума микроволновых всплесков (fm).

- Спектр потока протонов определялся по 1-ому пику на профилях

за вычетом фона;

- Пики, связанные с внезапным началом (SC) геомагнитной бури,

не учитывались.

Подтверждаются ранее установленные закономерности:- Мягкий радиоспектр (S9/S15 1,5) – мягкий спектр протонов (δ2);- Жесткий радиоспектр (S9/S15 1,0) – жесткий спектр протонов (δ1,5).

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

То же самое по частоте спектрального максимума fm:- Мягкий радиоспектр (fm 5 ГГц) – мягкий спектр протонов (δ2);- Жесткий радиоспектр (fm15 ГГц) – жесткий спектр протонов (δ1,5).

Вспышки с мощным радиовсплеском на 35 ГГц по данным обсерватории Нобеяма

~45 Большое количество энергичных частиц с жестким энергетическим спектром в сильном магнитном поле.

- Большинство вспышек с S35>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, 1990-2006 гг.

Выводы- Теперь уже по данным 4-ех циклов: соответствие параметров частотного спектра микроволновых всплесков (S9/S15, 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.

Существенные уточнения результатов работы Осокин, Лившиц, Белов (2007):

- Узкое гауссово распределение числа вспышек по величине δ=lg(J10/J100) с выраженным максимумом при δ~1.5 свидетельствует о наличии выделенного спектра ускоренных частиц в мощных вспышках.- Отношение J10/J100 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).

Распределение протонных событий с разным потоком протонов при Е>100 МэВ на плоскости ”S9-S15”

- Общее соответствие потоков радиовсплесков и протонов: S9,15 J100;

- Среди событий с малым радиопотоком (S9,15<1000) преобладают слабые потоки протонов (J100<1) при мягком радиоспектре (S9>S15);

- Большинству мощных потоков протонов (J100>10) соответствуют мощные всплески (S9,15>3000-10000) с жестким радиоспектром (S9<S15);

- Умеренные протонные события (J100~1-10) занимают промежуточное положение.

Somov & Chertok (1996), Chapman Conf. “CMEs: causes and consequences”, Montana State University, Boseman, Montana

“Gradual events”: shocks or post-eruptive acceleration in/above ARs?