Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Нерадиальное распространение

корональных стримеров в солнечном цикле

Андрей Тлатов, Валерия ВасильеваКисловодская Горная станция ГАО РАН

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

План сообщения:

• Нерадиальное направление корональных лучей и стримеров

• Связь нерадиального направления и индексов геомагнитного возмущения

• Вековые изменение формы короны по данным наблюдений солнечных затмений

• Интенсивность полярной короны.

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Регулярные наблюдения на коронографах SOHO/LASCO и Mark III/IV на солнечной обсерватории Mauna Loa дают возможность провести анализ структуры солнечной короны за период соизмеримый с длительностью цикла солнечной активности.

Телескоп-коронограф LASCO-2, установленный на спутнике SOHO работает с 1996 года и покрывает дистанцию 1.5-6R над солнечным лимбом

Коронограф-поляриметр Mark III регистрировал структуру солнечной короны на высотах 1,15-2,45 R в период 1980-1999 гг. В 1998 года на обсерватории Mauna Loa был установлен новый коронограф Mark-IV, На телескопе Mark-IV можно наблюдать корону на высотах 1.14 -2.86R. Мы использовали данные коронографов Mark с применением искусственной виньетирующей функцией

1. Нерадиальное направление корональных лучей и стримеров

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Метод идентификации углов наклона корональных лучей

Пример отождествления направления распространения корональных стримеров для изображения короны Soho/Lasco-2 2005.01.02

В основе анализа лежит методика выделение центральных частей ярких корональных структур. Этапы: 1) определялись координаты центра и размер радиуса Солнца 2) ыбрали все точки, яркость которых была выше, чем яркость точек отстоящих от нее на угол по лимбу ±1,5o. 3) вписывали аппроксимирующие прямые

Учитывались отрезки, имеющие длину не мене 1 R для изображений SOHO/Lasco-2 и не менее 0.5R для телескопов MarkIII/IV

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Результаты анализа по данным телескопа SOHO/Lasco-2

Среднемесячные значения угла отклонения от радиального направления Δθ по данным наблюдений SOHO/Lasco-2. Также представлена огибающая кривая, полученная усреднением по 12-точкам. В минимуме 24-го цикла активности лучи лежат ближе к радиальному направлению, чем в минимуме 23-го цикла.

Обработаны около 4·103 изображений в период 1996-2008 гг. и выделено около 105 корональных лучей для телескопа Soho/Lasco- 2

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Распределение углов отклонения корональных лучей от радиального направления по широте и времени в период 1996-2008 гг. по данным наблюдений SOHO/Lasco-2. Области отклонения лучей в сторону экватора затемнены. Лини уровня проведены через 2 градуса, уровень соответствующий Δθ=0o выделен толстой линией.

Результаты анализа по данным телескопа SOHO/Lasco-2

В эпоху максимума активности и переполюсовки магнитного поля Солнца, лучи направлены либо параллельно экватору, либо незначительно отклоняются к полюсам.

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Вариации углов наклона стримеров с широтой

Вариации углов отклонений стримеров могут прослеживаться на различных широтах, что говорит о глобальном характере изменений магнитного поля в короне.

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Вариации углов наклона стримеров с широтой

Общий ход углов отклонений одинаков для северного и южного полушарий, но знак короткопериодических вариаций м.б. различным

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Сравнение углов отклонения корональных лучей Δθ, расположенных в среднеширотной зоне +/-30o, по данным наблюдений коронографов MLSO- MarkIII/IV и индекса солнечных пятен (чисел Вольфа). Значения сглажены за 6 месяцев.

Результаты анализа по данным телескопа Mark-III/IV

Выводы, полученные по данным SOHO/Lasco-2 подтверждаются и по результатам анализа структуры солнечной короны на высотах 1.2-2.5R по данным телескопов MLSO MarkIII/IV .

Обработано около 7·103 изображений получено около 3·104 лучей.

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Угол наклона лучей связан с циклами активности Солнца (?)

Средний угол отклонения корональных лучей Δθ в среднеширотной зоне +/-30o в минимуме активности по данным наблюдений коронографов MLSO- MarkIII/IV и амплитуда последующего цикла солнечных пятен.

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Угол наклона лучей в минимуме активности

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Сглаженные значение геомагнитного aa индекса в минимуме активности и индекс солнечных пятен. Приведен также прогноз 23-го цикла. Из работы (Kane, 2002).

Почему геомагнитные индексы являются предвестником нового цикла активности?1. Рекуррентные события 2. Открытые магнитные поля 3. Униполярные области 4. Полярные магнитные области ….

Долговременные изменения геомагнитной активности

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Increase in the Suns open magnetic flux during the last 100 years.

Lockwood, Stamper, & Wild, Nature, 1999.

• Solar Flux Increased by a factor of 2.3 (?).

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Отклонение корональных лучей от радиального направления Δθ, связанное с солнечным циклом активности может иметь значительное влияние на формирование солнечного ветра и геомагнитных возмущений. Отношение потоков на расстоянии r в при нерадиальном расширении по отношению к потоку солнечного ветра при радиальном расширении (0), начиная с расстояния, стартующих на расстоянии R1:

nv/nov0=1+( θ- Δθ)/θ·(r-R1)/R1, при Δθ<θ.

Принимая в годы минимума θ=40o а Δθ=20o, отношение nv/n0v0 на расстоянии 1 а.е. вырасти примерно в 2 раза, по сравнению со случаем радиального расширения.

2. Есть ли связь между нерадиальным направление корональных лучей и

параметрами солнечного ветра?

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Угол наклона может изменять плотность потока солнечного ветра

Нерадиальность истечения солнечного ветра может существенно влиять на параметры солнечного ветра вдали от Солнца.

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Угол наклона может изменять плотность потока солнечного ветра

Нерадиальность истечения солнечного ветра может существенно влиять на параметры солнечного ветра вдали от Солнца.

В минимуме активности 22 и 23-го циклов истечение близко к режиму истечения 1/r

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Сравнение углов отклонения корональных лучей Δθ и значения геомагнитного aa индекса. Данные сглажены скользящим окном за 6 месяцев.

В эпоху минимумов и подъема солнечной активности поведение индексов Δθ и aa имеет близкий характер,

что возможно говорит об их общей природе.

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Параметр γ и γ*=180- γ для затмений 11-24 циклов активности.Для затмения 18 и 22 параметр γ был приведен к эпохе минимума как γ*=180- γ(1-|Ф|). Также приведены фаза цикла Ф и числа Вольфа W в последующем цикле активности.

N цикла Дата W γ Ф* γ*= 180-γ

11 29.08.1867 140 97 0.1 83

12 29.06.1878 75 115 -0.06 65

13 21.12.1889 88 120 0.03 60

14 17.05.1901 63 100 -0.07 80

15 28.04.1911 103 100 -0.18 80

16 10.09.1923 77 95 0.04 85

17 14.02.1934 114 83 0.14 97

18 09.06.1945 151 122 0,28 88*

19 30.05.1954 190 82 0 98

20 30.05.1965 106 105 0.14 90

21 23.10.1976 155 130 0,08 48

22 22.11.1984 158 170 -0.35 69*

23 09.03.1997 125 120 0.1 60

24 29.03.2006 -- 135 ~0.1 40

3.Вековые изменение формы короны по данным затменных наблюдений

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Распределение параметра γ для структуры короны минимального типа с

фазой меньше |Ф|<0.2. Также помечены номера циклов активности

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Распределения модифицированного параметра γ* и огибающая линия. (Тлатов, 2006)

Конфигурация силовых линий для короны дипольного (слева) и октупольного (справа) типов

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on Связь между значениями aa и

величиной дипольного момента крупномасштабного магнитного поля μ в эпоху минимума активности. Также на графике представлены номера циклов активности и линейная регрессия.

Изменение дипольного момента, полученного по синоптическим Н-альфа картам Солнца. Также проведена огибающая кривая для минимумов активности.

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Выводы1.Нерадиальность солнечных лучей имеет 11-

летний циклический характер, связана с глобальными магнитными полями и, вероятно, может служить предвестником нового цикла активности.

2.Нерадиальнось лучей является фактором влияющим на параметры солнечного ветра и уровень геомагнитных возмущений.

3. Форма короны в минимуме активности изменяется на масштабе времени ~100 лет и может быть ответственной за долговременные вариации геомагнитных индексов.

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Дополнительные слайды

Распределение углов отклонения корональных лучей от радиального направления по широте и времени в период 1980-2008 гг. по данным наблюдений Mark-3/4. Области отклонения лучей в сторону экватора затемнены. Лини уровня проведены через 3 градуса, уровень соответствующий Δθ=0o выделен толстой линией.

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

4. Связь индексов интенсивности короны в линии 5303A с циклом солнечных пятен.

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Индекс относительной интенсивности полярной короны в линии 5303A.

Отношение интенсивностей короны на широта более 45o по отношению к интегральной интенсивности короны имеет максимум в минимума активности

Cp=C45-90S/C5303

Значения индекса Cp предшествует амплитуде циклов солнечных пятен

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Задача о поиске магнитного поля над лимбом Солнца, формируемого фотосферными магнитными полями и с током в короне.

fcr ),,(

2

1

2

0

'|'|

),(1)(

R

R

c drdrrr

rr

Случай, когда ток над фотосферой представлен в виде кольцевого тока радиусов R1 и R2 с постоянной плотностью σ в плоскости экватора.Из принципа суперпозиции потенциал равен потенциалу от тока и φc и потенциала от

фотосферы φf :

Потенциал от кольцевого тока:

)','(),(12

4))'(cos(

|'|

1 '1

0 11

lmlml

l

l

lm

ml

ll

l

YYr

r

lnnP

r

r

rr

2

112

2

0222

'')(cos)!(2

)!2()1(2)(

R

Rn

n

lnn

n

c drrr

rP

n

nr

Радиальный интеграл следует рассматривать в 3-х разных областях r<R1; R1<r<R2; R>r2.

]11

[12

'':1)12

112

2

2

1

2

12

2

nn

R

R

n

n

n

RRn

rdrr

r

rRra

]11

[12

][1

22

1''''''21)

12122

222

122

12

2

12

2

112

22

112

2

nn

nnn

n

R

rn

nr

Rn

nR

Rn

n

rRn

rRr

rndrr

r

rdrr

r

rdrr

r

rRrRb

][1

22

1''2) 22

122

2

2

11212

2

nnR

Rnn

n

RRrn

drrr

rRrc

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

021212

2

222

122

1222

22

2

12122

12

12

1222

122

22

0222

12122

222

122

120

222

)(cos]11

[12

][1

22

1

)!(2

)!2()1(21

12

12]

11[

12

2

][1

22

12

)(cos)!(2

)!2()1(2

]11

[12

][1

22

1)(cos

)!(2

)!2()1(2),,(

nnnn

nnn

nn

n

n

n

nn

n

n

nnn

n

lnn

n

nn

nnn

nn

nn

n

Pd

d

rRn

rRr

rnn

n

rr

r

r

n

n

rRn

nr

r

rRr

rn

n

Pn

n

r

rRn

rRr

rnP

n

nr

0212

112

2

2

22

121

122

12

0222

121

122

2

0222

)(cos]11

[12)!(2

)!2()1(21

]11

[12

2)(cos

)!(2

)!2()1(2

]11

[12

)(cos)!(2

)!2()1(2),,(

nnnn

n

n

n

nn

n

lnn

n

nn

n

nnn

n

Pd

d

RRn

r

n

n

rr

RRn

nrP

n

n

r

RRn

rP

n

nr

02

221

2221222

221

22222

0222

221

22212

0222

)(cos][1

22

1

)!(2

)!2()1(21

][1

22

12)(cos

)!(2

)!2()1(2

][1

22

1)(cos

)!(2

)!2()1(2),,(

nn

nnnn

n

nnn

lnn

n

nnn

nnn

n

Pd

dRR

rnn

n

rr

RRrn

nP

n

n

r

RRrn

Pn

nr

R1<r<R2

r<R1 r>R2

rrr

r

rB

rrrrB

BjB

r

1sin

cos1]cos[sin

sin

1sin

sin

1

;;

Решение уравнения

02 в сферических координатах является:

При r=1 на фотосфере

12

12]1

1[

12

2]1[

22

12)(cos

)!(2

)!2()1(2

122

221

02221 n

n

Rn

nR

n

nP

n

n

rB

n

n

lnn

n

r

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Kis

lovod

sk s

ola

r st

ati

on

Пример потенциального решения для диполя с поверхностью источников по Alt.&Newk (слева) и потенциальное решение + токовое кольцо (справа).

Кольцевой ток в экваториальной плоскости изменяет радиальное направление силовых линий в случае простой конфигурации магнитных полей