85384 (764009), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Так как Швестка интерпретирует эруптивную вспышку в рамках модели Кармайкла-Старрока-Хираямы-Коппа и Пноймана, то, как отметил Харрисон [15], в этой схеме начало выброса корональной массы либо совпадает с началом вспышки либо предшествует ей. Здесь справедливо замечание, сделанное выше относительно концепции Гослинга.

2. В концепции Харрисона [14] вспышка, выброс корональной массы и любая эрупция протуберанца являются составными частями одного и того же активного события, названного им корональной магнитной бурей. Основным элементом этой концепции является взаимодействие систем магнитных петель разного масштаба. Не привязываясь к конкретной модели, Харрисон считает, что вся эта активность имеет общий драйвер (триггерный механизм) и нет смысла говорить о вспышке, возбуждающей выброс, и наоборот.

3. Драйер [13] полагает, что причина возникновения выброса корональной массы носит бимодальный характер. Выброс корональной массы может быть как результатом эруптивного процесса, так и результатом потери равновесия крупномасштабной магнитной структуры. В последнем случае выброс корональной массы может не проявляться в оптических наблюдениях на диске Солнца.

Нетрудно заметить, что наряду с различиями (касающимися, в основном, причинно-следственной связи) в концепциях Швестки и Харрисона существует и принципиальное сходство. Швестка объединяет мощную вспышку и эруптивный протуберанец в одно явление - эруптивную вспышку. Харрисон добавляет к ним выброс корональной массы и называет это явление корональной магнитной бурей.

Действительно, причина всех трех явлений - выброса корональной массы, эрупции протуберанца и вспышки - заключена в высвобождении энергии в процессе перестройки (разрушения по Швестке) магнитной конфигурации. Однако следует признать, что эти три явления существенно различаются по формам запасания и высвобождения энергии.

В отличие от эруптивного протуберанца во вспышке значительная часть энергии выделяется уже в короне в виде тепловой энергии и энергии ускоренных частиц. Микроволновое излучение является чувствительным индикатором появления в короне электронов с энергиями 10 кэВ. Оно уверенно регистрируется даже в случае субвспышек. В то же время мы не наблюдали микроволнового излучения в случае эруптивного протуберанца. Большая часть ускоренных частиц направлена вниз, в хромосферу, в результате чего возникает хромосферная вспышка. Оба явления отличаются темпом выделения энергии, особенно на их начальной стадии. Исходя из этих обстоятельств, следует признать, что рассмотрение вспышек и эруптивных протуберанцев как одного явления эруптивной вспышки чересчур обобщающее.

Для обеих концепций возникает вопрос: если в зависимости от конкретных условий процессы могут развиваться по различным путям, с различными характерными особенностями каждого из них, следует ли их объединять под одним понятием, будь то эруптивная вспышка или корональная магнитная буря?

Мы склонны рассматривать эти процессы как самостоятельные под сложившимися для них названиями длительной (LDE) или двухленточной вспышки и эруптивного протуберанца.

В процессе развития активной области, включающем в себя всплытие новых магнитных полей и самые различные движения этих полей, может происходить накопление энергии, например, в виде токов, текущих в короне активной области, потенциальной энергии холодного вещества, лежащего на вершинах силовых линий высоко в короне. Эти же причины могут приводить к неустойчивости или потере равновесия магнитной конфигурации, за которой может последовать либо новое равновесное состояние, либо взрывное разрушение конфигурации. В зависимости от того, в каком виде запасена энергия, она может выделиться в виде солнечной вспышки, эруптивного протуберанца и выброса корональной массы, либо по отдельности, либо в различных сочетаниях.

Конечно, вслед за Харрисоном можно предположить, что один и тот же триггерный механизм может одновременно или в той или иной последовательности приводить к возникновению вспышки, эруптивного протуберанца и выброса корональной массы. Однако, как следует из нашего исследования подготовительной стадии солнечных эруптивных событий, процесс накопления энергии затрагивает практически всю активную область. Поэтому перестройка (разрушение) магнитной структуры в короне также происходит на масштабе активной области. И если малое по величине воздействие триггерного механизма инициирует и вспышку, и эрупцию протуберанца, и выброс корональной массы, то почему значительно более мощное возмущение в виде одного из перечисленных событий не может привести к появлению другого? Трудно не дать положительный ответ на этот вопрос. Тогда мы получаем причинно-следственную связь между событиями, которая зависит от того, в каком виде или видах существует запасенная энергия. В таком случае важность и актуальность исследования подготовительной стадии солнечных эруптивных событий состоит не только в понимании физических механизмов запасения энергии и краткосрочного прогноза мощных эруптивных событий, но и в понимании того, что произойдет в результате взрывного высвобождения этой энергии: солнечная вспышка, эрупция протуберанца, выброс корональной массы и в каком сочетании.

Основная трудность в решении проблемы связи выбросов корональной массы с другими явлениями солнечной активности заключалась в том, что выбросы наблюдались только на лимбе на расстояниях больше 1.5 радиусов Солнца.

Первые наблюдения выбросов корональной массы на диске Солнца, по-видимому, были выполнены на Сибирском солнечном радиотелескопе (ССРТ). Проведенные исследования показали связь выбросов корональной массы как с эрупцией волокон, так и со вспышками [16 -17].

Наконец, наблюдения на SOHO позволили внести окончательную ясность в проблему связи выбросов корональной массы с другими проявлениями солнечной активности, в том смысле, что такая связь существует. Однако остается открытым вопрос о количественной стороне этой связи. Так, Джоселин и Мак-Интош [21] на основе данных Skylab пришли к выводу, что 50 % выбросов корональной массы связано с эруптивными протуберанцами и 70% было связано с эруптивными протуберанцами и исчезновениями волокон со вспышками. Брекке [2] по данным SOHO> установил, что 85 % выбросов корональной массы связано со вспышками, 70 % - с эруптивными волокнами, причем 53 % - с корональными волокнами, видимыми в ультрафиолетовом излучении. В то же время согласно Хаймин Вангу [22] связь между эрупцией волокон и выбросами корональной массы довольно слабая: ~ 15 % для волокон вблизи западного лимба и ~ 10 % для волокон в центре диска. Нынешнее состояние проблемы можно охарактеризовать словами Моники Пик [23]: «связь между эруптивными протуберанцами и выбросами корональной массы зависит от цикла солнечной активности и от пристрастий авторов».

Прогноз

Наверное, не будет большим преувеличением сказать, что значительная часть задач прогнозирования космической погоды с точки зрения солнечных событий является задачами диагностики, т.е. оценкой геоэффективности солнечного события по наблюдаемым параметрам. И от геофизиков нередко можно услышать мнение, что задача краткосрочного прогноза солнечных эруптивных событий не является актуальной.

Однако достаточно привести только несколько примеров, когда краткосрочный прогноз солнечных эруптивных событий совершенно необходим. Во-первых, это случай прямой угрозы жизни и здоровью людей:

выход космонавтов в открытый космос;

трансполярные перелеты на самолетах;

планируемые полеты на Луну и Марс.

Во-вторых, это возможность потери дорогостоящих спутников уже при их запуске и маневрах на орбите в условиях мощных солнечных вспышек.

В зависимости от назначения прогнозы по заблаговременности разделяются на несколько классов. Например, при полетах на больших высотах экипаж самолета и его пассажиры подвергаются радиационному облучению. Во время очень мощной солнечной вспышки доза облучения может представлять смертельную опасность. Организация прогноза и действия наземного персонала и экипажа при таких полетах могут быть представлены следующим образом [24].

Краткосрочный прогноз (заблаговременность 1 - 3 дня) опасных уровней излучения на высотах и маршрутах, используемых коммерческими авиалиниями, которые могут представлять угрозу для экипажа, пассажиров и бортовой электронной аппаратуры. На основе мониторинга солнечной активности предсказывается вероятность эруптивного события с энергичными частицами. Производится оценка степени риска и выбор экипажа в зависимости от полученной ранее дозы облучения.

Предупреждение (заблаговременность 0 - 24 часа) о наблюдении вспышек и выбросов корональной массы. Переоценивается вероятность события с энергичными частицами. Прогнозируется доза радиации. Руководитель полетов принимает меры по минимизации опасности выхода из строя электроники.

Диагностика осуществляется в реальном масштабе времени с целью идентификации события с энергичными частицами на Земле и на борту самолета и предусматривает непрерывный мониторинг развития события. С запаздыванием в несколько часов вычисляется доза радиации. Принимаются меры по снижению высоты полета, изменению курса или посадке.

Анализ произошедших событий. Определяются параметры события (энергетический спектр, поток, длительность, локализация). Проводятся расчеты полученной дозы радиации для реальных высот и маршрутов полета, исследуются аномалии в работе оборудования.

В активной области с момента ее рождения и до распада происходят непрерывные изменения структуры магнитных полей, которые включают всплытие магнитных полей из-под фотосферы, погружение части полей под фотосферу, различного рода движения холмов магнитного поля. Эти изменения находят свое отражение в изменениях площадей пятен и факелов, изменениях тонкой структуры хромосферы, повышении яркости отдельных структурных элементов, появлении и активизации темных волокон и систем арочных волокон и т.п. В одних случаях изменения структуры и динамики магнитных полей приводят к запасанию энергии и последующему ее взрывному выделению в виде солнечной вспышки, а в других - нет. Для распознавания вспышечной стадии развития активной области предложены многочисленные признаки предвспышечной ситуации. В алгоритмах прогноза, как правило, от нескольких признаков до нескольких десятков признаков. Важное место среди них занимают площадь группы пятен и ее магнитный класс, напряженность магнитных полей пятен, величина градиентов магнитного поля, всплытие новых магнитных полей и собственные движения пятен и пор, форма линии раздела полярностей продольного магнитного поля. Однако задача определения необходимых и достаточных признаков для распознавания предвспышечной ситуации до сих пор остается нерешенной: реализация одной и той же комбинации признаков в одних случаях действительно заканчивается вспышкой, в других случаях вспышка не происходит. С одной стороны, это объясняется тем, что используемые признаки получены эмпирическим путем, а не следуют из теоретических предпосылок, так как законченной теории солнечных вспышек до сих пор не существует. С другой стороны, подавляющее большинство используемых в прогнозах признаков получено из наблюдений на фотосферном и хромосферном уровнях, в то время как процессы накопления и первичного высвобождения энергии происходят в короне активной области.

Появление крупных радиотелескопов, обладающих высоким пространственным и временным разрешением, привело к попыткам разработки алгоритмов прогноза солнечных вспышек по данным микроволнового излучения, которое несет информацию об изменениях магнитного поля и параметров плазмы в короне активной области. Одним из преимуществ этих алгоритмов является возможность прогноза вспышек за 1 - 2 дня до выхода активной области из-за восточного лимба и за 1- 2 дня после ее захода за западный лимб.

Оправдываемость прогнозов до сих пор во многом определяется искусством прогнозиста. Для краткосрочных прогнозов она составляет 70 - 80 %, а для предупреждений может доходить до 90 %.

Если в прогнозе солнечных вспышек ведется интенсивная работа большими коллективами исследователей, то прогноз эруптивных протуберанцев все еще остается без должного внимания. Основным, если не единственным, используемым критерием остается анализ лучевых скоростей. Однако это явление наблюдается всего за несколько минут до эрупции волокна.

В то же время следует указать на принципиальную возможность прогноза появления и разрушения протуберанцев по динамике магнитных полей. Темные волокна (протуберанцы в проекции на солнечный диск) появляются над линией раздела полярностей (ЛРП) фотосферного магнитного поля, и само существование таких линий считается первым необходимым условием для возникновения волокна. Одной из характеристик ЛРП является градиент продольного магнитного поля в ее ближайшей окрестности. Так как сама ЛРП, лежащее над ней волокно, возникающие по обе стороны этой линии ленты вспышки являются протяженными образованиями, то для описания ситуации на ЛРП недостаточно измерений градиента в месте его максимального значения, а необходимо строить распределение градиента магнитного поля вдоль всей длины ЛРП. В работах [25 - 27] показано, что для появления волокна в активной области необходим сдвиг распределения градиента магнитного поля в сторону низких значений и существование на ЛРП достаточно протяженных участков, однородных по магнитному полю, на которых значения градиента не превышают некоторого предельного значения. Возрастание градиента магнитного поля на участках ЛРП с существующим волокном приводит к активизации и разрушению волокна.

Характеристики

Список файлов статьи