Новые результаты по физике солнечных вспышек С.И. Безродных, А.В. Орешина, И.В. Орешина, Б.В. Сомов

новые результаты по физике солнечных вспышек, С.И. Безродных, А.В. Орешина, И.В. Орешина, Б.В. Сомов Некоторые полученные в Отделе физики Солнца

Особая благодарность авторов д.ф.-м.н. С.А. Богачеву (ФИАН), д.ф.-м.н. В.И. Власову (ВЦ РАН), д.ф.-м.н. Н.С. Джалилову (ИЗМИРАН), д. Ю. Штауде (АИП)

…В прошлый раз? … Мы остановились на понятии «топологический триггер»

Пересоединение и топологический триггер Reconnection changes a topology of field lines (step by step) but conserves the global topology of the field in an active region Topological trigger is a quick rearrangement of the type of a global topology Topological trigger Reconnection in action

Topological Trigger Coronal magnetic null point X c quickly moves along the separator and switches back the longitudinal field Slow evolution of effective magnetic sources leads to a rapid change of the coronal field topology Gorbachev, Kelner, Somov, Shvarts, Soviet Astron., 32, 308, 1988

Топологический индекс I ( r 0 ) = sign det M ( r 0 ) =sign ( λ 1 λ 2 λ 3 ). Здесь M( r 0 ) – матрица с элементами φ – потенциал поля; λ 1, λ 2, λ 3 – собственные значения матрицы. Горбачёв, Кельнер, Сомов, Шварц, Астрон. журн., 1988, 65, 601.

Структура поля в короне перед началом триггера λ z (X1) 0

Изменение структуры поля в начале триггера λ z (X1) >0 λ z (X2) >0

Завершение триггерного процесса в короне λ z (X1)

КРИТЕРИЙ СУЩЕСТВОВАНИЯ НУЛЕВОЙ ТОЧКИ НА СЕПАРАТОРЕ в короне I sep = sign ( λ z (X1) · λ z (X2) ) > 0, где X1 и X2 – нулевые точки в основаниях сепаратора. Нужно, чтобы нулевые точки были определенного типа и принадлежали одному сепаратору.

Эволюция АО NOAA 9077 перед Бастильской вспышкой (14 июля 2000 г.)

Модельные магнитограммы АО NOAA 9077 перед Бастильской вспышкой

Топологический портрет АО NOAA 9077 перед Бастильской вспышкой

Расчет эволюции АО NOAA 9077 перед Бастильской вспышкой 12 июля14 июля X1X X2X X3X Значения z в основаниях сепараторов

Расчет продольного поля на сепараторе в АО NOAA 9077 перед Бастильской вспышкой Уменьшение продольного магнитного поля на восточном сепараторе 12 июля (синяя линия) и 14 июля (красная линия).

Вывод 1 Предложен метод, который позволяет находить нулевые точки в короне на сепараторах, т.е. там, где магнитная энергия накапливается и преобразуется в энергию вспышки.

Вывод 2 Существует параметр, который характеризует величину продольного поля на сепараторе, т.е. условия пересоединения. Этот параметр - собственное значение z в основаниях сепаратора. Чем меньше его величина, тем лучше условия для пересоединения.

Вывод 3 На примере эволюции АО NOAA 9077 перед Бастильской вспышкой показано: Нулевых точек в короне не обнаружено. Однако, с точки зрения пересоединения условия в короне улучшились на обоих сепараторах, что и привело к вспышке.

Ускорение частиц в токовом слое

Математическое описание модели Уравнение движения Токовый слой и система координат Электрическое и магнитное поля

НЕРЕЛЯТИВИСТСКОЕ ДВИЖЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПОДХОД: АДИАБАТИЧЕСКОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ Частица в токовом слое отражается между двумя «магнитными зеркалами». Граница токового слоя Устойчивая траектория Неустойчивая траектория

РАЗДЕЛЕНИЕ ЗАРЯДОВ В ТОКОВОМ СЛОЕ При x > 0 электроны находятся преимущественно в верхней полуплоскости, протоны – в нижней. При x < 0 – наоборот. Степень разделения зарядов пропорциональна величине продольного магнитного поля. Согласно наблюдениям спутника RHESSI: во вспышках источники рентгеновского и гамма-излучения пространственно разделены.

определяется соотношением ОБЛАСТЬ УСТОЙЧИВЫХ ТРАЕКТОРИЙ Существует минимальная начальная скорость, ниже которой устойчивых траекторий нет. Для заданной величины начальной скорости устойчивые траектории реализуются лишь в некотором диапазоне направлений. Область устойчивых траекторий ******* ****** ****

КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ ЧАСТИЦ Средняя кинетическая энергия электрона Относительное приращение энергии Частица может приобретать или терять энергию в зависимости от начальных условий.

РЕЛЯТИВИСТСКОЕ ДВИЖЕНИЕ Пример расчета траектории электрона. Релятивистский фактор γ Устойчивый случай – красный цвет, неустойчивый – зелёный цвет.

Солнечные вспышки По наблюдениям в HXR и гамма- диапазонах, во вспышках ускоряются электроны с кинетическими энергиями 20 кэВ - 1 ГэВ и протоны с энергиями 10 МэВ – неск. ГэВ. Согласно нашей модели, такие энергии приобретают электроны за время 1.1 E-6 – 1.2 E-3 сек на длине 3.4 E2 – 3.6 E7 см, протоны за время 2.0 Е-3 – 1.0 Е-2 сек на длине 6.0 Е7 – 3.6 Е8 см. Эти результаты не противоречат современным представлениям о характерных временах и масштабах вспышек.

Аналитические модели пересоединения

КЛАССИЧЕСКИЕ ДВУМЕРНЫЕ МОДЕЛИ МАГНИТНОГО ПЕРЕСОЕДИНЕНИЯ Токовый слой Сыроватского: область прямого тока (DC) и две присоединенные области обратного тока Течение Петчека: диффузионная область D и 4 присоединенных МГД ударных волн

НОВАЯ МОДЕЛЬ ПЕРЕСОЕДИНЕНИЯ ПРИ НАЛИЧИИ ПРИСОЕДИНЕННЫХ УДАРНЫХ ВОЛН Токовая конфигурация: тонкий токовый слой Г и 4 присоединенные МГД ударные волны Постановка задачи Римана – Гильберта для Магнитное поле Аналитическая функция

Решение задачи Искомая функция дается формулой где

Параметр. Картина линий магнитного поля в предельном случае отсутствия обратных токов

Параметр Картина линий поля в общем случае

Параметр Второй предельный случай: Обращение в ноль прямого тока

Предварительные результаты Получено решение задачи в аналитическом виде Решение позволяет анализировать структуру поля в области пересоединения Исследуются изменения поля при варьировании параметров модели Разрабатывается более совершенная аналитическая модель

Hinode Благодарим за внимание