Высокоэнергичное гамма-излучение солнечных вспышек, потоки протонов и электронов,
измеренные на 1 а.е.Виктория Г. Курт1, Б.Ю. Юшков1, А.В. Белов2
1Научно исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. Москва, 119991
2Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн м. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН )
Доклад представляет собой краткий обзор наших экспериментальных знаний о высокоэнергичном излучении солнечных
вспышек и событиях солнечных протонов и электронов, измеренных на орбите
Земли.
Импульсная фаза солнечной вспышки представляет собой интервал времени быстрой конверсии энергии
предсвспышечного магнитного поля.
Наблюдения жесткого рентгеновского и гамма излучения , а также потоков протонов, электронов и
нейтронов in situ показывают, что значительная часть этой энергии конвертируется в кинетическую энергию
частиц.
THE TOTAL NUMBER OF EVENTS Recorded at 1976-2006
0,1 1 10 100 1000 10000
PROTON EVENTS >100 MeV
PROTON EVENTS >10 MeV,>10 pfu
Event Number
SXR flaresSXR flares >M5
SXR flares >X5
PROTON EVENTS >10 MeV
GLE
Electron events E>10 MeV
Electron - positron event >60 MeV
Gamma-lines flaresFlares with
Flare with bremmstrahlung >300 MeVF
ull
tim
e co
vera
ge
Среднемесячные числа солнечных пятен в семи последних циклах солнечной активности и моменты всех известных наземных возрастаний солнечных космических лучей.
. Вероятность наблюдения наземного протонного возрастания после вспышек с различной мощностью в мягком (1-8 Å)
рентгене, наблюдавшихся в благоприятной долготной зоне W0-W80
Спектр межпланетных электронов, потоки
которых были измерены на ИСЗ IMP-8.
P. Evenson et al., Ap. J., 299: L107-110
Eмакс 60-100 МэВ
V. Akimov et al.,1991,1995
GAMMA 1
Комбинированные спектры, полученные для нескольких самых мощных событий СКЛ. Видно, что спектр невозможно описать единым степенным законом и что максимальная энергия в этих событиях превышала 5 -10ГэВ .
Проявления наличия протонов в атмосфере Солнца
Protons are silent
Protons are silent
Protons with energies 10-30 MeV generate gamma-line radiation of excited nuclei 1.634, 4.438, 6.129 MeV,as well as the neutron capture line 2.223 MeV
From http://hesperia.gsfc.nasa.gov/hessi/flares.htm
1 10 100 10001E-7
1E-5
1E-3
0,1
F,
cm -2
s -1
MeV
-1
E, MeV
Gamma ray spectrum created as a result of ± decay
From Murphy R.J., Dermer C.D, Ramaty R. High-energy
processes in solar flares. Astrophys. J. Suppl. 63, 721-748.
1987
Это излучение с максимумом спектра в области 70-100 МэВ является индикатором появления ионов высоких энергий в короне.
Измерения гамма-излучения таких энергий дают уникальную информацию о процессе
ускорения частиц до энергий в сотни МэВ и возможность
сравнения времени ускорения этих протонов с временем
ускорения и выхода протонов, измеренных сетью нейтронных
мониторов (GLE).
№ Дата Координаты
ИСЗ/Эксперимент
Ссылки GLE
1 21.06.1980 W90 N20 SMM/GRS Чапп и др., 1982
2 03.06.1982 E72 S09 SMM/GRS Чапп и др., 1987
3 16.12.1988 E37 N26 SMM/GRS Данфи и Чапп, 1994
4 06.03.1989 E69 N35 SMM/GRS Данфи и Чапп, 1991
5 24.05.1990 W76 N36 GRANAT/PHEBUS
Талон и др., 1993; Вильмер и др., 2003
GLE 48
6 26.03.1991 W23 S09 GAMMA/GAMMA-1
Акимов и др., 1991, 1994
7 11.06.1991 W17 N31 CGRO/EGRET
Данфи и др., 1999 GLE 51
8 15.06.1991 W69 N33 GAMMA/GAMMA-1
Акимов и др., 1996 GLE 52
9 25.08.2001 W32 S17 КОРОНАС-Ф/СОНГ
Кузнецов и др., 2004 , 2008б
10 28.10.2003 E08 S16 КОРОНАС-Ф/СОНГ
Веселовский и др., 2004 Кузнецов и др., 2005, 2008а, 2008б
GLE 65
11 04.11.2003 W83 S19 КОРОНАС-Ф/СОНГ
Веселовский и др., 2004 Кузнецов и др., 2004,2008б
12 20.01.2005 W61 N14 КОРОНАС-Ф/СОНГ
Кузнецов и др., 2005, 2006, 2008б
GLE 69
Солнечные вспышки с гамма-излучением с энергией >60 MэВ
15 июня 1991г
Сопоставление спектра гамма излучения со спектром протонов у Земли
12 3
28 October
2003
1
23
Мощные солнечные вспышки, зарегистрированные детектором СОНГ
на ИСЗ КОРОНАС-Ф (см ПОСТЕР)Дата вспышки
Появление «пионного» гамма-излучения, UT
Поток гамма-излучения,
см-2с-1МэВ-1
При100 МэВ
СобытиеСКЛ
25.08.2001 16:30:16±2 с 7.3·10-4 n
28.10.2003 11:03:51±2 с 7.8·10-3 GLE 65, n
04.11.2003 19:42:38±4 с 1.0·10-3 n
20.01.2005 06:45:34±4 с 3.6·10-3 GLE 69
11:02 11:04 11:06 11:08 11:10 11:12 11:14 11:16 11:18 11:20 11:22-5
0
5
10
15
20 28 October 2003
E 90-300 MeV
UT, h:m
Norilsk NM
Rel
ativ
e un
its
W08
Ts γ= 06:45:30 UT Tmax γ= 06:46-06:47 UTTs НМ= 06:48-6:49 UT ΔT ~ 100 cL = 1.05 а.е. E = 1 ГэВ
ИТАК,
•Электроны ускоряются до 200-300 МэВ
•Время ускорения не превышает 0.1-0.5 с
•Протоны ускоряются до 10-20 ГэВ
•Время ускорения 1-4с
•Полное число ускоренных в событии протонов с энергией >30 МэВ может быть определено из измерений гамма излучения и равно 1.5*1032 и 3.4*1032 частиц в событии 20.01.05 и 28.10.03.
•Эффективное ускорение протонов совпадает со временем максимального энерговыделения во вспышке
• Ускоренные протоны выходят в межпланетное пространство практически без задержки
•Спектр протонов, взаимодействующих в короне, совпадает со спектром частиц, измеренных у Земли.