ОСНОВЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ДИАГНОСТИКИ СОЛНЕЧНЫХ ЭРУПЦИЙ –

1. ОСНОВЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ДИАГНОСТИКИ СОЛНЕЧНЫХ ЭРУПЦИЙ – ИСТОЧНИКОВ НЕРЕКУРРЕНТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ КОСМИЧЕСКОЙ ПОГОДЫ И.М. Черток*, А.В. Белов*, В.В. Гречнев** *ИЗМИРАН, Троицк; **ИСЗФ, Иркутск

2. Корональные выбросы, наблюдаемые в белом свете – Coronal Mass Ejections (CMEs) SOHO/LASCO/C2, EIT/195 Å 19-20.01.2004 Oсновной источник наиболеесильных нерекуррентных возмущений космической погоды: - геомагнитных бурь; - Форбуш-понижений (ФП) интенсивности фоновых космических лучей разностные изображения См., напр.,Bothmer & Zhukov (2007), Gopalswamy(2009)

3. Крупномасштабные проявления СМЕs на диске в крайнем УФ диапазоне SOHO/EIT/195 Å 19-20.01.2004 - Димминги – областипониженной яркости (транзиентные, т.е. временные, корональные дыры)– основания эруптировавших магнитных структур. - Яркая постэруптивная (ПЭ) аркада над центром эрупции–релаксация магнитного поля, возмущенного СМЕ, к новому квазиравновесному состоянию. Димминги и аркады визуализируют структуры, вовлеченные в эрупцию СМЕs разностные изображения

4. Димминги и аркады в источниках крупнейших геомагнитных бурь 23-его цикла

5. В аспекте космической погоды: • До сих пор:димминги и аркады на видимом диске – качественныйиндикатор выброса CMEs в сторону Земли(cм., напр.,Bothmer & Zhukov, 2007; Gopalswamy,2009) . • Задача: - использовать количественные параметры диммингов и аркад для диагностики солнечных эрупций, в частности, с целью прогнозирования нерекуррентных геомагнитных бурь и ФП (см. Черток & Гречнев, 2006); • анализ связи количественных параметров диммингов и аркад с интенсивностью геомагнитных бурьи величиной ФП, а также со временем распространения межпланетных облаков от Солнца до Земли (транзитным временем).

6. Данные - Телескоп КУФ диапазона SOHO/EIT(Delaboudinière et al., 1995),изображения Солнца в канале 195 Å (Fe XII, Т  1,3 МK); - Магнитограммы SOHO/MDI (Scherrer et al., 1995); - Крупные события 23-его цикла (1997–2008 гг.), в которых, по данным Coordinated Data-Analysis Workshop (CDAW; см. Zhanget al., 2007), наряду с ФП, имели место геомагнитные бури с индексом |Dst| > 100 нТл; - Отождествление с эрупцией конкретных CMEs из центральной зоны видимой полусферы Солнца в пределах 45 от центрального меридиана; -Вспышечные эрупции в активных областях; часть событий – эрупции волокон вне активных областей. - Проверка и некоторые уточнения привязки геомагнитных бурь (ФП) к солнечным выбросам; база данных ИЗМИРАН (см. Belov, 2009), комплекс наземных и космических наблюдений; каталоги ICME Cane & Richardson (2003), Richardson & Cane (2010). - Величина ФП: жесткость 10 ГВ, данные мировой сети станций, метод глобальной съемки (Крымский и др., 1981; Belovet al., 2005).

7. Методика IDL программа: • калибровка исходных FITS-файлов SOHO/EIT; • компенсация солнечного вращения и формирование разностных изображений (Chertok & Grechnev, 2005); • выделение диммингов и ПЭ аркад; • измерение по выбранным критериям площадей и потоков излучения в областях диммингов и аркад; • совмещение изображений диммингов и аркад с магнитограммами SOHO/MDI; • вычисление магнитного потока продольного поля на фотосфере, соответствующего этим образованиям.

8. Методика Выделение диммингов и аркады по относительным порогам в интервале до 3-4 часов от начала эрупции: • димминги – понижение яркости >40 %; • аркада – на уровне 5 % от пиковой яркости на момент максимального потока из обозначившейся площадки. Параметр –магнитный поток диммингов (Фdim) и аркады (Фarc) и суммарный поток (Ф=Фdim + Фarc)на уровне фотосферы

9. Анализ логично начать именно с ФП, поскольку их глубина (в отличие от геомагнитных бурь) не зависит от знака Bz и определяется напряженностью магнитного поля в облаке, а также его скоростью и размерами(см. Belov, 2009) Форбуш-понижения и геомагнитные бури в июле 2000 г.

10. Величина Форбуш-понижений AF Параметр Ф – суммарный магнитный поток диммингов и аркады Одиночные, надежно отождествленные события: -эрупции из активных областей (АО);-эрупции волокон вне АО N= 27 r 0,94 AF (%) = –0,08 + 0,03Φ (1020Мкс) Все анализировавшиеся события: (добавлены cложные события, связанные с несколькими CMEs/ICMEs, и/или события свероятным отождествлением солнечного источника) - эрупции из активных областей (АО);- эрупции волокон вне АО N= 47 r 0,85

11. Интенсивность геомагнитных бурь, Dst(без учета факторов, определяющих знак Bz-компоненты, т.е. самый упрощенный, предварительный вариант) Все анализировавшиеся события Dst (нТл) = 75 - 1,5 Φ (1020Мкс) Φ<230; Dst (нТл) = –225 - 0,225 Φ (1020Мкс) Φ>230

12. Транзитное время(Tt)– интервал между пиком мягкого рентгена в источнике эрупции и приходом к Земле ударной волны (SC) Тот же параметр Ф – суммарный магнитный поток диммингов и аркады Одиночные, надежно отождествленные события:  - эрупции из активных областей (АО);  -эрупции волокон вне АО N= 30 r 0,73 Tt (ч) =85/(1+ 0,004 Ф)(1020Мкс) Все анализировавшиеся события: (добавлены cложные события, связанные с несколькими CMEs/ICMEs, и/или события с вероятным отождествлением солнечного источника) - эрупции из активных областей (АО);- эрупции волокон вне АО N= 52

13. Для большинства событий Фarc > Фdim Основной вклад вносит магнитный поток аркад

14. Выводы (по событиям с|Dst| > 100 нТл за23-ий цикл) - Величина ФП и транзитное время (характеристики приходящих к Земле ICMEs) в значительной степени определяются параметрами и типом солнечных эрупций; - Величина ФП и транзитное время тесно связаны с суммарным магнитным потоком диммингов и аркады на уровне фотосферы; - Зависимость между величиной ФП и эруптивным магнитным потоком –аналогичная связь имеет место и для интенсивности нерекуррентных геомагнитных бурь даже без учета факторов, определяющих появление отрицательной южной компоненты магнитного поля Bz в ICMEs у Земли; - Обнаруженная зависимость транзитного времени от эруптивного магнитного потока имеет большое самостоятельное значение; - Инструмент (предварительный) для диагностики геоэффективности солнечных эрупцийи краткосрочного прогнозирования нерекуррентных возмущений космической погоды по данным в КУФ диапазоне.

15. Реальная диагностика солнечных эрупций 2010 г. в Центре прогнозов космической погоды ИЗМИРАН По параметрам диммингов и аркад эрупции были относительно небольшими и, согласно оценкам, должны были приводить к довольно слабым возмущениям космической погоды, что и подтвердилось. Крупная эрупция 3 апреля 2010 г. Суммарный магнитный поток Ф  1,11022 Мкс Ожидаемые величины: AF 3 %, Tt 59 ч , Dst - 90 нТл Наблюдения: AF 2,9 %, Tt 47 ч , Dst -73 нТл Эрупция 1 августа 2010 г.Примерно такое же соответствие ожидаемых и наблюдаемых величинAF, Tt , Dst

16. Дальнейшие исследования Пока проанализированы эрупции, которые сопровождались интенсивными геомагнитными бурями с |Dst| > 100 нТл • Проанализировать все гало СМЕs из центральной зоны солнечного диска, рассчитать для них магнитный поток диммингов и аркад и проанализировать их геоэффективность • Для геомагнитных бурь надо научиться учитывать факторы, определяющие знак Bzкомпоненты межпланетного магнитного поля у Земли), например, учитывая только те части диммингов и аркад, в пределах которых обнаруживается отрицательная меридиональная компонента расчетного магнитного поля в короне на высотах порядка (0,1-0,3) Rs над фотосферой • Проанализировать тип ICMEs, вызванного конкретной солнечной эрупцией, и с какой именно частью межпланетного облака (основным телом или sheath, т.е. оболочкой между фронтальной ударной волной и телом облака) было связано развитие конкретной геомагнитной бури • Проделать процедуры, необходимые для перехода от данных SOHO/EIT и SOHO/MDI к данным SDO/AIA и SDO/HMI

17. На практике разрабатываемый подход к диагностике солнечных эрупций по УФ диммингам и аркадам должен использоваться как составной компонент более широкого комплекса методов и средств краткосрочного прогнозирования геомагнитных бурь и Форбуш- понижений, включая МГД модели и прямые наблюдения распространяющихся в сторону Земли CMEs/ICMEs с помощью двух аппаратов STEREO. Такой же подход может быть использован для диагностики геоэффективности корональных дыр, ответственных за рекуррентные возмущения космической погоды: расчет магнитного потока по контуру корональной дыры на выбранном уровне контраста в высокотемпературном канале SOHO/EIT 284 Å.

18. Спасибо за внимание

19. 18.11.2003 – исключительное событие:умеренная эрупция (Ф 1,11022 Мкс, VCME 1200-1600 км/с) -- сильнейшая геомагнитная буря 23-его цикла (Dst -422 нТл) при умеренном Форбуш-понижении (AF4,7 %). По геомагнитной буре выпадает при всех сопоставлениях. Указание на малый размер межпланетного облака у Земли.

20. Сильное магнитное поле в облаке (около 50 нТл) – следствие малых размеров облака Поле было ориентировано так, что на максимальной фазе практически все оно наблюдалось в виде отрицательной Вz-компоненты Второй оборот мощного активного комплекса конца октября – начала ноября 2003 г., состоящего из тех крупных, связанных между собой областей

21. 28.10.2003

22. Наблюдения крупномасштабных проявлений эрупций на Солнце, возникающих в процессе корональных выбросов (Coronal Mass Ejections, CMEs), определение количественных параметров диммингов и постэруптивных аркад  Прогнозирование интенсивности геомагнитных бурь, величины Форбуш понижений потока фоновых космических лучей и времени распространения межпланетных CMEs (ICMEs) от Солнца до Земли

23. Эрупция волокна вне активной области 12.09.1999

24. Форбуш-понижения и геомагнитные бури в июле 2000 г.

25. Контуры аркады определяются в момент ее максимального потока, который близок ко времени максимума вспышки в мягком рентгене

26. Величина Форбуш-понижений AF Магнитный поток диммингов Фdim Магнитный поток аркады Фarc Суммарный магнитный поток диммингов и аркады Ф = Фdim +Фarc

27. Интенсивность геомагнитных бурь Dst Магнитный поток диммингов Фdim Магнитный поток аркады Фarc Суммарный магнитный поток диммингов и аркады Ф = Фdim +Фarc

28. Транзитное время Магнитный поток диммингов Фdim Магнитный поток аркады Фarc Суммарный магнитный поток диммингов и аркады Ф = Фdim +Фarc

29. Соотношение между интенсивностью геомагнитных бурь (Dst индекс) и глубиной Форбуш-понижений (AF) для событий 23-его цикла с |Dst|>100 нТл