авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 |

Микровспышки в рентгеновском диапазоне излучения солнца

-- [ Страница 2 ] --

В одной из последних работ (Krucker, Christe, Lin 2002) были исследованы рентгеновские вспышки малых энергий в области рентгеновского спектра от 3 до 12 кэВ. Исследование велось спектрометром RHESSI, предназначенным для регистрации низкоэнергичной компоненты рентгеновского излучения Солнца и построения изображения солнечного диска. В этой работе было показано, что в одном случае, зарегистрированные в течение одного часа 7 микровсплесков рентгеновского излучения, представляют собой суперпозицию тепловой и нетепловой компонент и характеризуются в каждом всплеске весьма низким энерговыделением: 1026 - 1027 эрг.

В работе (Aschwanden et al. 2000) исследовались параметры так называемых нановспышек. Так в некоторых работах называются одни из самых слабых проявлений вспышечной активности – возрастания в ультрафиолетовом диапазоне на длинах волн 171 и 195 ангстрем наблюдаемые даже в период спокойного Солнца. В этой же работе проведена классификация практически всех солнечных событий, лежащих в широком энергетическом диапазоне от 1024 до 1032 эрг. Вспышкой авторы этой работы предлагают считать практически любое из локальных и не слишком продолжительных энерговыделений на Солнце. В таком случае, даже простой прогрев солнечной плазмы, например, при образовании или трансформации очень маленьких магнитных структур в хромосфере, который обычно проявляется в генерации ультрафиолетовых возрастаний, следовало бы называть вспышкой. Такой подход, однако, не очевиден. Вся эта проблема требует дальнейшего уточнения, и в настоящее время, в известной степени, условна. С одной стороны ясно, что само энерговыделение может носить непрерывный характер и пока еще трудно указать, чем бы оно могло быть ограничено снизу. С другой стороны, нам хотелось бы поставить где-то на этом пути “забор”, отделяющий собственно вспышку от непрерывного энерговыделения.

С нашей точки зрения, термином “вспышка” целесообразно обозначать только такое локальное энерговыделение на Солнце, следствием которого является появление некоторого порогового

количества горячих или ускоренных электронов и, как следствие этого, возрастание рентгеновского излучения (всплеска) теплового или тормозного происхождения. Эти ускоренные частицы могут

появляться в локальных электрических полях, которые в свою очередь могут возникать при развитии неустойчивостей и появлении разрывов в токовых слоях в активной области. Таким образом, вспышка – это результат такого изменения плазменно-магнитной структуры активной области, следствием которого являются перечисленные выше процессы. Именно этой точки зрения придерживается автор данной работы.

Вспышка – это еще и интегральный процесс, связанный с очень многими физическими явлениями, которые могут накладываться друг на друга. Именно поэтому очень сложно определить причинно-следственные связи в механизме вспышки. В связи с этим, особенно важно исследование вспышек малых энергий, которое даст возможность минимизировать интегральные эффекты и более точно выделить последовательность физических процессов (цепочку) в развитии вспышки.



В данной диссертационной работе ставится вопрос о возможности существования рентгеновских всплесков с мощностью менее 10-8 Вт/м2, т.е. существование класса слабых рентгеновских всплесков, находящегося ниже порога классификации рентгеновских вспышек (обозначим его как класс 0).

Интерес к нижнему порогу при наблюдении рентгеновских вспышек вызван представлением о том, что взрывную фазу вспышки можно представить в виде совокупности элементарных вспышечных всплесков. Так, как уже было сказано выше, согласно работе (Писаренко, Ликина 1995), вспышка представляет собой суперпозицию некоторого числа элементарных актов освобождения энергии.

Очень мало исследованным на сегодняшний день остается тепловой рентгеновский фон солнечной короны и его связь с солнечными событиями малой мощности. Исследование в этой области могут пролить свет на проблему нагрева солнечной короны.

Глава 2. Экспериментальные наблюдательные данные,

полученные в проекте “Интербол Хвостовой зонд”.

2.1. Фотометр РФ-15И-2 для регистрации излучения

солнечных вспышек в рентгеновском диапазоне.

Основное назначение прибора РФ-15И-2 заключается в измерении жесткого и мягкого диапазонов рентгеновского излучения солнечных вспышек. Прибор состоит из двух блоков – блока детекторов и блока с бортовым компьютером. Блок датчиков условно можно разделить на две части: на фотометр жесткого рентгеновского излучения, регистрирующий излучение от полного диска Солнца с высоким временным разрешением и на фотометр, регистрирующий излучение мягкого рентгеновского диапазона.

Для исследования рентгеновского диапазона 2-8 кэВ был применен аргоновый пропорциональный счетчик с окном из бериллия толщиной 100 микрон и площадью 0.05 см2, а для регистрации более энергичных всплесков использовался сцинтиляционный счетчик с кристаллом из NaI(Tl) толщиной 8мм и диаметром 50мм. Пропорциональный счетчик имел 3 диапазона регистрации рентгеновского излучения в области от 2 до 8 кэВ, сцинтиляционный - 5 диапазонов в области от 10 до 240 кэВ:

  1. 2-3кэВ; 2) 3-5кэВ; 3) 5-8кэВ;

4) 10-15кэВ; 5) 15-30кэВ; 6) 30-60кэВ; 7) 60-120кэВ; 8) 120-240кэВ.

Временное разрешение каналов 1-3 было равно 2с, а каналов 4-8 – 0.1с. Такое временное разрешение и относительно высокая чувствительность детектора дали возможность исследовать тонкую структуру рентгеновских всплесков.

2.2. Характеристики слабых всплесков в рентгеновском

диапазоне излучения Солнца 2-15 кэВ.

Общее количество вспышек различной мощности, зарегистрированных фотометром РФ-15И-2 в рентгеновском диапазоне излучения Солнца за период с 1995 по 1999 г.г. составило около 18 тыс. Целью данной работы являлось изучение солнечных событий малой мощности, поэтому из большого поля экспериментальных данных был отобран соответствующий материал, наиболее удобный для проведения анализа.

Детальный анализ отобранных данных по рентгеновским всплескам за 1995-1999г. позволил выявить ряд характеристик рентгеновских всплесков очень малой мощности.

При анализе числовых характеристик слабых всплесков рентгеновского излучения Солнца был выбран наиболее благоприятный для наблюдения период - с 9-го по 12-й месяцы 1995 года, когда начался переход от минимума к максимуму солнечной активности и число вспышек в наблюдаемом интервале энергий было не слишком велико, что снижало количество случаев взаимного наложения событий. Затем из этих данных были исключены те периоды времени, когда спутник пересекал радиационные пояса Земли. Из данных этого года мы отобрали ряд периодов, в течение которых не наблюдались солнечные события большой мощности:

- сентябрь - 2, 3, 4, 23;

- октябрь - 20, 21, 23, 24;

- ноябрь - 4, 10, 11, 15, 16, 29, 30;

- декабрь - 7, 8, 11, 12, 14, 15, 22, 23.

Выбор периодов удобного наблюдения слабых вспышек, несмотря на кажущуюся простоту, является сложной задачей. Суперпозиция явлений по времени наблюдения из-за соседства с крупными вспышками затрудняет выделение необходимого для анализа количества изучаемых явлений. Конечно, хотелось бы захватить большее количество событий. Однако, уже в 1996-1997г.г. активность Солнца достигла такого уровня, который не позволял нам “свободно” брать данные. Поэтому 1995г. в этом отношении был наиболее удобным периодом для наблюдения малых вспышек. Мы можем уверенно сказать, что строго отобранные данные правильно отражают полученный результат.

Общее количество всплесков за исследованный период составило - 296. Из них было зарегистрировано:

16 всплесков - 10-7 - 10-6 Вт/м2 (класса В);

139 всплесков - 10-8 - 10-7 Вт/м2 (класса А);

141 всплеск - 10-9 - 10-8 Вт/м2 (класса 0).

За все периоды наблюдений в каждом канале регистрации солнечных событий значение теплового фона в течение каждых суток колебалось возле некоторой величины с небольшой амплитудой. При этом, значение средней квадратичной ошибки составляло: 0.3.

Для каждых суток из периода наблюдений за среднесуточное значение теплового фона 1 было принято среднее арифметическое значение величин теплового фона в начале и в конце текущих суток. Начало и конец значимого события (рентгеновской вспышки) определялись по изменениям величины среднесуточного значения теплового фона по следующему критерию: если величина среднесуточного значения теплового фона монотонно возрастала в течение 10-20 секунд и составила 2 1 + 0.5, то мы имеем признак начала значимого события. Если, достигнув максимума, данная величина начинала монотонно убывать и, как правило, достигала первоначального значения среднесуточного теплового фона: 1, то мы имеем признак конца значимого события. Кроме того, значимое событие, по нашему критерию, обязано иметь четко выраженный максимум, величина которого определялась относительно среднесуточного значения теплового фона и превышала величину 3. По времени начала, максимума и конца значимого события определялись длительность фазы нарастания и фазы спада вспышки.

Для подтверждения факта существования слабых всплесков были использованы данные проекта GOES. Хорошее совпадение данных двух независимых источников регистрации дает нам право надеяться на достоверность изучаемых солнечных событий. Данные проекта GOES взяты с сайта в Интернете: www.ngdc.noaa.gov.

Согласно работе (Курочка 1987), посвященной анализу распределения по энергиям 15 тыс. солнечных вспышек, наблюдавшихся в 1978-1979г.г., их количество быстро растет с уменьшением энергии вспышек вплоть до величины 1028 эрг. При дальнейшем уменьшении энергии вспышек их количество начинает уменьшаться. Наличие перегиба в этом распределении, согласно этой же работе, не может быть результатом неполноты наблюдательных данных. Однако, это утверждение до конца не обосновано и данный вопрос остается, в известной мере, открытым. С нашей точки зрения, нижний предел в распределении по энергиям солнечных вспышек, скорее всего, существует. Если бы не существовало нижнего предела мощности рентгеновских всплесков, то мы, скорее всего, получили бы неограниченное возрастание числа слабых солнечных событий с уменьшением их мощности. Однако, доказательств этого утверждения тоже пока не обнаружено. Мы обнаружили только вполне сравнимое число всплесков класса А – 139 и класса 0 – 141 за исследованный период.

В таблице 1 приведены средние характеристики слабых всплесков класса 0 за исследованный период. Как видно из таблицы, средняя длительность такого всплеска составляет 5 ± 2 м, среднее значение максимальной интенсивности всплеска превышает фоновое значение на 2.2 имп/с, а средняя мощность всплеска равна 7х10-9 Вт/м2.

Выводы:

За период со 2 сентября по 23 декабря 1995г. было исследованно 139 всплесков класса А и 141 всплеск класса 0.

Рентгеновский всплеск класса 0, зарегистрированный в области энергий от 2 до 15 кэВ характеризуется следующими параметрами:

- длительность - 30 300с,

- мощность всплеска - 4.5х10-9 10-8 Вт/м2,

- превышение максимальной интенсивности

всплеска над тепловым фоном составило

1 5 имп/с,

- значение теплового фона - 6 10 имп/с.

Общее количество всплесков класса А и 0 сравнимо между собой за исследованный период.

Таблица 1

Дата, 1995г. Средняя Среднее Среднее Среднее Средняя

длительность время значение значение величина

нарастания максим. теплового мощности

интенсив- фона всплеска

ности над (имп/с) Вт/м2

фоном

(имп/с)

11 ноября 8м 44с 4м 48с 3.6 10 210-9

30 ноября 8м 20с 3м 42с 3.2 7 8.910-9

7 декабря 4м 07с 2м04с 1.4 8 7.710-9

8 декабря 4м 04с 1м 34с 1.5 7 5.910-9

12 декабря 1м 47с 1м24с 1.1 9 9.910-9

14 декабря 2м 23с 1м20с 1.2 8 7.810-9

15 декабря 3м 42с 1м12с 2.2 7.5 6.910-9

22 декабря 5м07с 2м42с 1.6 6.4 5.810-9

23 декабря 6м06с 2м26с 1.5 9 9.510-9

Обобщенные средние значения

4м58с 2м22с 2.2 8 710-9

2.3. Микровспышка как один из этапов солнечного

вспышечного события.

Изучаемые в данной работе события малой мощности характеризуются энерговыделением от 1025 до 1026 эрг. Это полное энерговыделение вспышки, однако необходимо отметить, что такие события регистрируются в очень узком диапазоне энергий: от 2 до 5 кэВ.





Давая оценку характеру процесса, лежащего в основе микровспышки, мы опирались на тот факт, что зная форму временного профиля вспышки и ее энергетический спектр, можно сделать вывод о тепловой или нетепловой природе данного всплеска. По данным, полученным С.Крукером в эксперименте RHESSI, были исследованы 1000 микровспышек в мягком рентгеновском диапазоне. Их временные профили были сопоставлены с их же спектрами. Согласно полученным данным, если временной профиль рентгеновского излучения вспышки имеет достаточно быструю (до 10% от общей длительности вспышки) фазу нарастания и более длительную фазу спада, то с вероятностью 90%, можно говорить о тормозном происхождении рентгеновского излучения этой вспышки. Если же временной профиль имеет форму близкую к треугольной (около 50% длительности занимает фаза нарастания и столько же – фаза спада) или даже более сглаженную пологую форму, то тогда мы имеем дело с рентгеновским излучением теплового происхождения, например сталкиваемся с тепловой вспышкой. По данным проекта RHESSI, в 700 случаях из 1000 наблюдались характерные временные профили, говорящие о тормозном происхождении рентгеновского излучения вспышки ( http://hessi.ssl.berkeley.edu ).

В нашем случае, мы исследуем события очень малой мощности, которые получены, как уже было отмечено выше, в очень узком диапазоне энергий. Следовательно, затруднительно говорить о построении полных энергетических спектров таких событий. Однако, используя данные проекта RHESSI, мы можем дать оценку характеру происхождения рентгеновского излучения наших микровспышек, пользуясь данными о форме временных профилей вспышек ( http://hessi.ssl.berkeley.edu ).

На рис.1 показаны всплески рентгеновского излучения Солнца, зарегистрированные фотометром РФ-15И-2 в канале 2-3 кэВ 8 декабря 1995 г. в период с 01ч 30м UT по 06ч 00м UT. Данные представлены для сравнения совместно с данными, полученными за тот же период в проекте GOES (www.ngdc.noaa.gov).

Временное разрешение данных фотометра РФ-15И-2 в канале 2-3 кэВ равно 2с, а временное разрешение данных в проекте GOES – 1 минута. На рис.1 виден всплеск класса А с началом в 04ч 26м 47с UT, максимумом в 04ч 28м 49с UT и окончанием в 04ч 45м 07с UT. Мощность этого рентгеновского всплеска составила 1.2х10-8 Вт/м2. Временной профиль имеет характерную для рентгеновского всплеска тормозного происхождения форму: относительно быстрый передний фронт, четко выраженный максимум и более длительную, по сравнению с передним фронтом, фазу спада (время фазы нарастания – 2м 2с, время фазы спада – 16м 18с). Все остальные всплески, зарегистрованные 8 декабря 1995г. в период с 01ч 30м UT по 06ч 00м UT, имеют мощность < 10-8Вт/м2 и относятся к классу 0 (на рис.1 они обозначены стрелками и цифрами от 1 до 7).

Интересен всплеск 2, который имеет характерный для рентгеновского излучения тормозной природы временной профиль: быстрый рост и относительно медленный спад. Начало этого солнечного события зарегистрировано в 02ч 46м 05с UT, окончание – в 02ч 57м 57с UT, максимум – в 02ч 46м 51с UT. Время фазы нарастания – 46с, время фазы спада – 11м 06с. Мощность этого всплеска в максимуме составила 6.8х10-9 Вт/м2. Такой всплеск можно классифицировать как микровспышку класса 0. Следует отметить, что форма временных профилей подобных микровспышек класса 0 совпадает с характерной формой временных профилей более крупных вспышек.

Можно сделать предположение о том, что тормозные процессы, возникающие после ускорения электронов, имеют место уже на начальном этапе выделения энергии в токовом слое, на “микроуровне”. Полагая, что токовый слой, скорее всего, имеет волокнистую микроструктуру, в которой могут возникать многочисленные неоднородности, можно предположить возникновение множественных микроразрывов в отдельных волокнах токового слоя. В результате каждого микроразрыва возникает локальное электрическое поле и происходит ускорение

электронов, и, как следствие, генерация рентгеновского излучения.

Таким образом, на начальном этапе формирования вспышки существуют процессы, имеющие как тепловую так и нетепловую природу, именно эти процессы мы и наблюдаем в виде микровспышек класса 0.

Аналогично анализу всплеска 2, тормозную природу рентгеновского излучения можно предположить во всплесках 3, 5, 6. Всплеск 3 имеет начало – в 03ч 29м 36с UT, окончание – в 03ч 38м 02с UT, максимум в – 03ч 30м 32с UT, время фазы нарастания – 56с, время фазы спада – 7м 30с, мощность всплеска в максимуме – 5.8х10-9 Вт/м2. Всплеск 5 имеет параметры: начало – в 04ч 01м 09с UT, окончание – в 04ч 16м 49с UT, максимум – в 04ч 02м 31с UT, время фазы нарастания – 1м 22с, время фазы спада – 14м 18с, мощность всплеска в максимуме – 5.3х10-9 Вт/м2. Всплеск 6 характеризуется началом – в 04ч 57м 55с UT, окончанием – в 04ч 59м 41с UT, максимумом – в 04ч 58м 27с UT, временем фазы нарастания – 32с, временем фазы спада – 1м 14с, мощностью в максимуме – 5.1х10-9 Вт/м2. Можно отметить, что события 3, 5, 6, так же как и событие 2, имеют более длинную фазу спада и характерный для рентгеновского излучения тормозного происхождения временной профиль. Таким образом, события 3, 5 и 6 с высокой степенью вероятности можно определить как микровспышки класса 0. Всплески 1 и 4 имеют форму близкую к треугольной. Временной профиль события 7 более сглаженный и протяженный во времени. Всплеск 7 имеет следующие параметры: начало – в 05ч 28м 35с UT, окончание – в 05ч 40м 49с UT, максимум – в 05ч 32м 47с UT, время фазы нарастания – 4м 12с, время фазы спада – 8м 02с, мощность всплеска в максимуме – 6.8х10-9 Вт/м2. Всплески 1, 4, 7 можно определить как микровспышки, дающие рентгеновское излучение в основном теплового происхождения.

Таким образом, микровспышки класса 0 можно рассматривать как этап формирования солнечного события, на котором имеют место как тепловые, так и нетепловые процессы. Микровспышки класса 0 представляют собой, по-видимому, некий промежуточный класс событий между тепловыми возрастаниями рентгеновского излучения, образующими характерный фон, и собственно вспышками. Микровспышка класса 0 представляет собой локальное достаточно быстрое энерговыделение с зарегистрированными нами параметрами, некоторое локальное возмущение над тепловым фоном, характеризующееся смешанной природой. При определенных условиях, такие микровспышки могут накладываться друг на друга и их суперпозицию мы можем наблюдать в виде более крупных и продолжительных вспышечных событий.

Согласно упомянутой выше работе (Курочки 1987),

Рис.1. Слабые всплески в рентгеновском диапазоне излучения

Солнца, зарегистрированные в проектах GOES и Интербол.

8 декабря 1995г. в период с 01ч 30м UT по 06ч00м UT.

посвященной анализу распределения по энергиям 15 тыс. солнечных вспышек, наблюдавшихся в 1978-1979г.г., количество вспышек

быстро растет с уменьшением их энерговыделения до величины 1028 эрг. Однако далее, с уменьшением энерговыделения, их количество начинает падать, но не до нуля, а до некоторого определенного значения, т.е. возможно существование некоторого нижнего предела в этом распределении. Этот нижний предел возможно и есть микровспышки класса 0.

Выводы:



Pages:     | 1 || 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.