О механизмe возникновения импульсных корональных выбросов массы

М.В. Еселевич, В.Г. Еселевич, ИСЗФ СО РАН

К о н ф е р е н ц и я «Физика плазмы в солнечной системе»14-18 февраля 2011 г., ИКИ РАН

Импульсные - это наиболее быстрые СМЕ, которые ускоряются вблизи поверхности Солнца на высотах менее 0.2R0 относительно лимба (MacQueen and Fisher, 1983).

Однако, быстрые СМЕ могут возникать и в результате менее быстрого ускорения, происходящего на отрезке пути до нескольких солнечных радиусов (Plunkett et al., 2000; Yurchyshyn, 2002).

По кинематическим характеристикам корональные выбросы массы (СМЕ) разделяются на две группы: “импульсные” и медленно эволюционирующие “постепенные” (Sheeley, 1999).

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4Âû ñî òà í àä ë è ì á î ì , R0

1 0

1 0 0

1 0 0 0

V, êì /c

MacQUEEN and FISHER,Sol. Phys., 89, 1983

Flare-associated CME (È ì ï óë üñí û å)

Eruptive-associated CME(Ï î ñòåï åí í û å)

Plunkett et al., 2000 Yurchyshyn, 2002

Постепенный СМЕ с эрупцией протуберанца 9 августа 2001 г. V ≈ 910 км/с (Данные Mk4 и DPM, MLSO)

Протуберанец виден до начала CME (максимум яркости Нα на h ≈ 0.125R0).

Впереди него постепенно появляется и усиливается кольцо плазмы, которое окружает протуберанец и составляет основу фронтальной структуры СМЕ.

Постепенный СМЕ активность отсутствует 31 января 2000 г. V ≈ 510 км/с

Все 11 постепенных СМЕ со скоростями от 280 до 1500 км/с (исследованные нами и другими авторами) имели следующие характерные особенности:

1. В момент возникновения центр этих СМЕ располагается в короне на высоте 0.1R0 < h ≤ 0.7R0 относительно лимба Солнца.

2. Движение начинается из состояния покоя, т.е. начальная скорость V0 0.

3. Начальный угловой размер в состоянии покоя d0 ≈ 15°- 65°.

d

0

Как показали многочисленные исследования (Krall and Chen, 2000; Foley et al., 2003; Vrsnak et al, 2004), наблюдаемое в белом свете плазменное кольцо (фронтальная структура) СМЕ, является поперечным сечением жгута магнитного потока с плазмой (flux-rope).

В теории рассматривались различные механизмы, способные вызвать потерю равновесия и эрупцию жгута, т.е. движение CME (Chen, 1996; Kuznetsov and Hood, 2000).

В чем отличие импульсных CME?

Импульсный СМЕ 22 ноября 2001 г. V ≈ 1400 км/ссвязан со вспышкой

Визуальные отличия импульсных CME от постепенных CME:

Первая регистрация СМЕ в виде полости (области пониженной яркости), ограниченной ярким кольцом, имеющим малый угловой размер, происходит на очень малых высотах.

Импульсный СМЕ 25 марта 2008 г. V ≈ 1100 км/ссвязан с активным протуберанцем (jet)

Для анализа импульсных СМЕ на самых малых высотах можно использовать изображения в EUV.

Бегущая разность в EUV (данные 171A EUVI, STEREO AHEAD)

Самая ранняя стадия движения полости CME

Формирование импульсного СМЕ сопровождалось выбросом солнечной плазмы (Jet). Яркость в H на лимбе (данные DPM, MLSO).

CME 25 марта 2008 г.

Зависимости скорости движения переднего края полости, максимума и переднего края Jet от высоты над лимбом и от времени

Вывод Полость СМЕ – это сечение магнитной трубки, которая выбрасывается из конвективной зоны со скоростью около 300 км/с и которая инициирует Jet от Солнца с той же начальной скоростью.

CME 25 марта 2008 г.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6Âû ñî òà í àä ë èì áî ì , R0

0

100

200

300

400

500

600Ñ

êîðî

ñòü,

êì

/ñ

V 0

ë èì á ï åðåä í èé êðàéï î ë î ñòè

ï åðåä í èé êðàéjet

18:36 18:39 18:42 18:45 18:48 18:51 18:54Âðåì ÿ

0

100

200

300

400

500

600

Ñêî

ðîñò

ü, ê

ì/ñ ë è ì á

ï åðåä í èé êðàéjetV 0

ï åðåä í èé êðàéï î ë î ñòè

Начальный участок движения импульсного CME 31 декабря 2007 г.

31 декабря 2007 г.

Скорость на начальном участке 400-500 км/c

0:36 0:42 0:47 0:53 0:59 1:05 1:11 1:18 1:24 1:30Âðåì ÿ

0

1

2

3Â

ûñî

òà í

àä ë

èìáî

ì,

R0

V 500 êì /c

V 790 êì /c

ë èì á

Gopalswam y et al., 2009EU VI, C O R 1

CME 31 December 2007

ï åðåä í èé êðàé ï î ë î ñòè (EU VI)

STER E O AH EAD

0:42 0:48 0:54 1:00 1:06Âðåì ÿ

0

0.2

0.4

0.6

0.8Â

ûñî

òà í

àä ë

èìáî

ì,

R0

V 500 êì /c

ë èì á

CME 31 December 2007ï åðåä í èé êðàé ï î ë î ñòè (EU VI)

STE R E O AH EAD

V 270 êì /c

öåí òð ï î ë î ñòè (EU VI)

Теоретическое рассмотрение механизма возникновения импульсных CME

В работах (Romanov et al.,1993; Fan et al., 2001) подробно рассмотрена динамика подъема тонкой магнитной трубки в конвективной зоне до уровня фотосферы. В конце движения трубка останавливается – движение ограниченное.

Однако, согласно (Romanov et al.,1993), возможны неустойчивые режимы, когда магнитная трубка с большой скоростью выбрасывается из конвективной зоны в атмосферу Солнца. Причина этого – развитие неустойчивость Паркера или неустойчивость медленной волны

Рассчитанная скорость подъема магнитной трубки демонстрирует принципиальную возможность вылета с большой скоростью магнитной трубки из конвективной зоны в атмосферу Солнца.

В (Романов и др., 2010) приведены результаты моделирования подъема магнитной трубки из состояния покоя, когда под действием неустойчивости Паркера образуется арка, вершина которой всплывает вверх и пробивает фотосферу. В результате происходит выброс магнитной трубки с большой скоростью в атмосферу Солнца.

Хотя выше фотосферы используемое уравнение энергии уже неприменимо (лучистый теплообмен становится объемным), накопленный импульс изменяется в основном под действием силы натяжения поля и силы Архимеда, так что результаты служат хорошей оценкой по порядку величины.

Трубка быстро достигает высот порядка 20000 км, с пиковой скоростью порядка 150 км/сек.

Расчет скорости подъема трубки в конвективной зоне

Романов и др., 2010

Выводы

Показано, что:

1. Параметрами, отражающими отличие импульсных и постепенных СМЕ, являются место, скорость и угловой размер СМЕ в момент их возникновения.

2. Формирование импульсных СМЕ, по-видимому, начинается под фотосферой Солнца и может быть связано с явлением выброса магнитных трубок (жгутов) из конвективной зоны, возможность которого показана теоретически. На уровне фотосферы радиальная скорость таких трубок может достигать сотен км/с, а их угловой размер не превышает нескольких градусов.

Спасибо за внимание!