Нерадиальное распространение корональных стримеров в...
description
Transcript of Нерадиальное распространение корональных стримеров в...
![Page 1: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/1.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Нерадиальное распространение
корональных стримеров в солнечном цикле
Андрей Тлатов, Валерия ВасильеваКисловодская Горная станция ГАО РАН
![Page 2: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/2.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
План сообщения:
• Нерадиальное направление корональных лучей и стримеров
• Связь нерадиального направления и индексов геомагнитного возмущения
• Вековые изменение формы короны по данным наблюдений солнечных затмений
• Интенсивность полярной короны.
![Page 3: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/3.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Регулярные наблюдения на коронографах SOHO/LASCO и Mark III/IV на солнечной обсерватории Mauna Loa дают возможность провести анализ структуры солнечной короны за период соизмеримый с длительностью цикла солнечной активности.
Телескоп-коронограф LASCO-2, установленный на спутнике SOHO работает с 1996 года и покрывает дистанцию 1.5-6R над солнечным лимбом
Коронограф-поляриметр Mark III регистрировал структуру солнечной короны на высотах 1,15-2,45 R в период 1980-1999 гг. В 1998 года на обсерватории Mauna Loa был установлен новый коронограф Mark-IV, На телескопе Mark-IV можно наблюдать корону на высотах 1.14 -2.86R. Мы использовали данные коронографов Mark с применением искусственной виньетирующей функцией
1. Нерадиальное направление корональных лучей и стримеров
![Page 4: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/4.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Метод идентификации углов наклона корональных лучей
Пример отождествления направления распространения корональных стримеров для изображения короны Soho/Lasco-2 2005.01.02
В основе анализа лежит методика выделение центральных частей ярких корональных структур. Этапы: 1) определялись координаты центра и размер радиуса Солнца 2) ыбрали все точки, яркость которых была выше, чем яркость точек отстоящих от нее на угол по лимбу ±1,5o. 3) вписывали аппроксимирующие прямые
Учитывались отрезки, имеющие длину не мене 1 R для изображений SOHO/Lasco-2 и не менее 0.5R для телескопов MarkIII/IV
![Page 5: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/5.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Результаты анализа по данным телескопа SOHO/Lasco-2
Среднемесячные значения угла отклонения от радиального направления Δθ по данным наблюдений SOHO/Lasco-2. Также представлена огибающая кривая, полученная усреднением по 12-точкам. В минимуме 24-го цикла активности лучи лежат ближе к радиальному направлению, чем в минимуме 23-го цикла.
Обработаны около 4·103 изображений в период 1996-2008 гг. и выделено около 105 корональных лучей для телескопа Soho/Lasco- 2
![Page 6: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/6.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Распределение углов отклонения корональных лучей от радиального направления по широте и времени в период 1996-2008 гг. по данным наблюдений SOHO/Lasco-2. Области отклонения лучей в сторону экватора затемнены. Лини уровня проведены через 2 градуса, уровень соответствующий Δθ=0o выделен толстой линией.
Результаты анализа по данным телескопа SOHO/Lasco-2
В эпоху максимума активности и переполюсовки магнитного поля Солнца, лучи направлены либо параллельно экватору, либо незначительно отклоняются к полюсам.
![Page 7: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/7.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Вариации углов наклона стримеров с широтой
Вариации углов отклонений стримеров могут прослеживаться на различных широтах, что говорит о глобальном характере изменений магнитного поля в короне.
![Page 8: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/8.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Вариации углов наклона стримеров с широтой
Общий ход углов отклонений одинаков для северного и южного полушарий, но знак короткопериодических вариаций м.б. различным
![Page 9: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/9.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Сравнение углов отклонения корональных лучей Δθ, расположенных в среднеширотной зоне +/-30o, по данным наблюдений коронографов MLSO- MarkIII/IV и индекса солнечных пятен (чисел Вольфа). Значения сглажены за 6 месяцев.
Результаты анализа по данным телескопа Mark-III/IV
Выводы, полученные по данным SOHO/Lasco-2 подтверждаются и по результатам анализа структуры солнечной короны на высотах 1.2-2.5R по данным телескопов MLSO MarkIII/IV .
Обработано около 7·103 изображений получено около 3·104 лучей.
![Page 10: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/10.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Угол наклона лучей связан с циклами активности Солнца (?)
Средний угол отклонения корональных лучей Δθ в среднеширотной зоне +/-30o в минимуме активности по данным наблюдений коронографов MLSO- MarkIII/IV и амплитуда последующего цикла солнечных пятен.
![Page 11: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/11.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Угол наклона лучей в минимуме активности
![Page 12: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/12.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Сглаженные значение геомагнитного aa индекса в минимуме активности и индекс солнечных пятен. Приведен также прогноз 23-го цикла. Из работы (Kane, 2002).
Почему геомагнитные индексы являются предвестником нового цикла активности?1. Рекуррентные события 2. Открытые магнитные поля 3. Униполярные области 4. Полярные магнитные области ….
Долговременные изменения геомагнитной активности
![Page 13: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/13.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Increase in the Suns open magnetic flux during the last 100 years.
Lockwood, Stamper, & Wild, Nature, 1999.
• Solar Flux Increased by a factor of 2.3 (?).
![Page 14: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/14.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Отклонение корональных лучей от радиального направления Δθ, связанное с солнечным циклом активности может иметь значительное влияние на формирование солнечного ветра и геомагнитных возмущений. Отношение потоков на расстоянии r в при нерадиальном расширении по отношению к потоку солнечного ветра при радиальном расширении (0), начиная с расстояния, стартующих на расстоянии R1:
nv/nov0=1+( θ- Δθ)/θ·(r-R1)/R1, при Δθ<θ.
Принимая в годы минимума θ=40o а Δθ=20o, отношение nv/n0v0 на расстоянии 1 а.е. вырасти примерно в 2 раза, по сравнению со случаем радиального расширения.
2. Есть ли связь между нерадиальным направление корональных лучей и
параметрами солнечного ветра?
![Page 15: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/15.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Угол наклона может изменять плотность потока солнечного ветра
Нерадиальность истечения солнечного ветра может существенно влиять на параметры солнечного ветра вдали от Солнца.
![Page 16: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/16.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Угол наклона может изменять плотность потока солнечного ветра
Нерадиальность истечения солнечного ветра может существенно влиять на параметры солнечного ветра вдали от Солнца.
В минимуме активности 22 и 23-го циклов истечение близко к режиму истечения 1/r
![Page 17: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/17.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Сравнение углов отклонения корональных лучей Δθ и значения геомагнитного aa индекса. Данные сглажены скользящим окном за 6 месяцев.
В эпоху минимумов и подъема солнечной активности поведение индексов Δθ и aa имеет близкий характер,
что возможно говорит об их общей природе.
![Page 18: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/18.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
![Page 19: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/19.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Параметр γ и γ*=180- γ для затмений 11-24 циклов активности.Для затмения 18 и 22 параметр γ был приведен к эпохе минимума как γ*=180- γ(1-|Ф|). Также приведены фаза цикла Ф и числа Вольфа W в последующем цикле активности.
N цикла Дата W γ Ф* γ*= 180-γ
11 29.08.1867 140 97 0.1 83
12 29.06.1878 75 115 -0.06 65
13 21.12.1889 88 120 0.03 60
14 17.05.1901 63 100 -0.07 80
15 28.04.1911 103 100 -0.18 80
16 10.09.1923 77 95 0.04 85
17 14.02.1934 114 83 0.14 97
18 09.06.1945 151 122 0,28 88*
19 30.05.1954 190 82 0 98
20 30.05.1965 106 105 0.14 90
21 23.10.1976 155 130 0,08 48
22 22.11.1984 158 170 -0.35 69*
23 09.03.1997 125 120 0.1 60
24 29.03.2006 -- 135 ~0.1 40
3.Вековые изменение формы короны по данным затменных наблюдений
![Page 20: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/20.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Распределение параметра γ для структуры короны минимального типа с
фазой меньше |Ф|<0.2. Также помечены номера циклов активности
![Page 21: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/21.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Распределения модифицированного параметра γ* и огибающая линия. (Тлатов, 2006)
Конфигурация силовых линий для короны дипольного (слева) и октупольного (справа) типов
![Page 22: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/22.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on Связь между значениями aa и
величиной дипольного момента крупномасштабного магнитного поля μ в эпоху минимума активности. Также на графике представлены номера циклов активности и линейная регрессия.
Изменение дипольного момента, полученного по синоптическим Н-альфа картам Солнца. Также проведена огибающая кривая для минимумов активности.
![Page 23: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/23.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Выводы1.Нерадиальность солнечных лучей имеет 11-
летний циклический характер, связана с глобальными магнитными полями и, вероятно, может служить предвестником нового цикла активности.
2.Нерадиальнось лучей является фактором влияющим на параметры солнечного ветра и уровень геомагнитных возмущений.
3. Форма короны в минимуме активности изменяется на масштабе времени ~100 лет и может быть ответственной за долговременные вариации геомагнитных индексов.
![Page 24: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/24.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Дополнительные слайды
Распределение углов отклонения корональных лучей от радиального направления по широте и времени в период 1980-2008 гг. по данным наблюдений Mark-3/4. Области отклонения лучей в сторону экватора затемнены. Лини уровня проведены через 3 градуса, уровень соответствующий Δθ=0o выделен толстой линией.
![Page 25: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/25.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
4. Связь индексов интенсивности короны в линии 5303A с циклом солнечных пятен.
![Page 26: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/26.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Индекс относительной интенсивности полярной короны в линии 5303A.
Отношение интенсивностей короны на широта более 45o по отношению к интегральной интенсивности короны имеет максимум в минимума активности
Cp=C45-90S/C5303
Значения индекса Cp предшествует амплитуде циклов солнечных пятен
![Page 27: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/27.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Задача о поиске магнитного поля над лимбом Солнца, формируемого фотосферными магнитными полями и с током в короне.
fcr ),,(
2
1
2
0
'|'|
),(1)(
R
R
c drdrrr
rr
Случай, когда ток над фотосферой представлен в виде кольцевого тока радиусов R1 и R2 с постоянной плотностью σ в плоскости экватора.Из принципа суперпозиции потенциал равен потенциалу от тока и φc и потенциала от
фотосферы φf :
Потенциал от кольцевого тока:
)','(),(12
4))'(cos(
|'|
1 '1
0 11
lmlml
l
l
lm
ml
ll
l
YYr
r
lnnP
r
r
rr
2
112
2
0222
'')(cos)!(2
)!2()1(2)(
R
Rn
n
lnn
n
c drrr
rP
n
nr
Радиальный интеграл следует рассматривать в 3-х разных областях r<R1; R1<r<R2; R>r2.
]11
[12
'':1)12
112
2
2
1
2
12
2
nn
R
R
n
n
n
RRn
rdrr
r
rRra
]11
[12
][1
22
1''''''21)
12122
222
122
12
2
12
2
112
22
112
2
nn
nnn
n
R
rn
nr
Rn
nR
Rn
n
rRn
rRr
rndrr
r
rdrr
r
rdrr
r
rRrRb
][1
22
1''2) 22
122
2
2
11212
2
nnR
Rnn
n
RRrn
drrr
rRrc
![Page 28: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/28.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
021212
2
222
122
1222
22
2
12122
12
12
1222
122
22
0222
12122
222
122
120
222
)(cos]11
[12
][1
22
1
)!(2
)!2()1(21
12
12]
11[
12
2
][1
22
12
)(cos)!(2
)!2()1(2
]11
[12
][1
22
1)(cos
)!(2
)!2()1(2),,(
nnnn
nnn
nn
n
n
n
nn
n
n
nnn
n
lnn
n
nn
nnn
nn
nn
n
Pd
d
rRn
rRr
rnn
n
rr
r
r
n
n
rRn
nr
r
rRr
rn
n
Pn
n
r
rRn
rRr
rnP
n
nr
0212
112
2
2
22
121
122
12
0222
121
122
2
0222
)(cos]11
[12)!(2
)!2()1(21
]11
[12
2)(cos
)!(2
)!2()1(2
]11
[12
)(cos)!(2
)!2()1(2),,(
nnnn
n
n
n
nn
n
lnn
n
nn
n
nnn
n
Pd
d
RRn
r
n
n
rr
RRn
nrP
n
n
r
RRn
rP
n
nr
02
221
2221222
221
22222
0222
221
22212
0222
)(cos][1
22
1
)!(2
)!2()1(21
][1
22
12)(cos
)!(2
)!2()1(2
][1
22
1)(cos
)!(2
)!2()1(2),,(
nn
nnnn
n
nnn
lnn
n
nnn
nnn
n
Pd
dRR
rnn
n
rr
RRrn
nP
n
n
r
RRrn
Pn
nr
R1<r<R2
r<R1 r>R2
rrr
r
rB
rrrrB
BjB
r
1sin
cos1]cos[sin
sin
1sin
sin
1
;;
Решение уравнения
02 в сферических координатах является:
При r=1 на фотосфере
12
12]1
1[
12
2]1[
22
12)(cos
)!(2
)!2()1(2
122
221
02221 n
n
Rn
nR
n
nP
n
n
rB
n
n
lnn
n
r
![Page 29: Нерадиальное распространение корональных стримеров в солнечном цикле](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814a83550346895db794c9/html5/thumbnails/29.jpg)
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Kis
lovod
sk s
ola
r st
ati
on
Пример потенциального решения для диполя с поверхностью источников по Alt.&Newk (слева) и потенциальное решение + токовое кольцо (справа).
Кольцевой ток в экваториальной плоскости изменяет радиальное направление силовых линий в случае простой конфигурации магнитных полей