Введение к работе
Актуальность темі-;, Природа солнечной активности и ее воздействие на Землю и околоземное космическое пространство на протяжение многих десятилетий является предметом интенсивных исследований. Только за последнее время проведено несколько международных исследовательских программ, таких как "Год солнечного максимума", "Вспышка-22", "Макс/91". Основное внимание в этих программах уделялось исследованию солнечных вспышек, и одной из ключевых задач являлось изучение механизмов накопления и внезапного высвобождения энергии во вспышке.
В то же время сначала эпизодически, а после обнаружения на орбитальной обсерватории "Скайлаб" явления выбросов корональной массы более регулярно стали появляться работы, в которых указывалось на эруптивные протуберанцы, как на возможные источники геомагнитных возмущений. Наконец, в 1995 г. Дж. Гослннг (J.T. Gosling J. Geophyx. Res. 1993, 98, 18937) сделал попытку введения новой парадигмы в солнечно-земной физике, согласно которой солнечные вспышки не являются причиной выбросов корональной массы, а цент-рально<5 место в проблеме больших черекуррентных геомагнитных бурь отводится эруптивным протуберанцам. В последовавшей дискуссии, продолжающейся и в настоящее время, выявилось как различие в подходах к этой проблеме, так и Недостаток данных о начальной стадии эруптивного процесса, будь то вспышка или эруптивный протуберанец, и его связи с возникновением выбросов корональной массы. И здесь на первый план выходят исследования подготовительной стадии солнечных эруптивных событий. По заключению В. Гайзаускаса (V. Gaizauskas Adv. Space Res. 1991, tit І05) предвспышечнай стадии до сих пор является наименее понятной стадией солнечной всйьгШкЙ. Еще хуже Ьбстйят
дела с формированием солнечных протуберанцев (темных волокон на солнечном диске): в самых последних наблюдательных кампаниях по исследованию протуберанцев в рамках программ гелиосферной солнечной обсерватории (SOHO) отсутствуют указания на признаки, которые могут свидетельствовать о начале процесса возникновения волокна (J.-C. Via\ JOSO Annual Report. 1991, с. 78)
Исходя нз представлений о том, что выбросы корональної) массы могут быть связаны как с мощными солнечными вспышками, так и эруптивными протуберанцами, мы определили основную цель настоящей работы, исследование подготовительной стадии солнечных эруптивных событий, выделение ее характерных признаков и использование этих признаков для создания алгоритмов краткосрочного прогноза солнечных геоэффекгивпых событий.
Эта цель достигается реиіением ряда конкретных задач:
Исследовать эволюцию активных областей в полном и поляризованном микроволновом излучении, выделить признаки, характеризующие преавспы-шечную стадию.
Определить, существует ли связь между динамикой магнитного поля комплекса активности и возникновением, развитием и разрушением темных волокон (протуберрнпев на диске Солнца).
Разработать физически обоснованные методы для краткосрочного прогноза солнечных эруптивных событий.
Исследовать проявления выбросов короналыюн массы в микроволновом диапазоне и их связь с солнечными вспышками и эруптивными протуберанцами.
Научная новизна работы. Проведен анализ причин неудовлетворительного прогноза мощных солнечных вспышек по критерию Танаки-Эноме. Показано, что этот критерий не
учитывает физические особенности генерации микроволнового излучения в области источника и его распространения в короне активной области. Учет этих особенностей осуществлен с помощью разбиения видимой поверхности Солнца на долготные зоны с характерным "нормальным" (не приводящим к возникновению вспышки) распределением поляризации. В предложенном критерии в качестве признака предвспышечной стадии рассматривается отклонение наблюдаемого распределения поляризации от "нормального" в той зоне, где находится исследуемая активная область. Предложено возможное объяснение причин таких отклонений.
По исследованиям поляри ,ованного компонента микроволнового излучения на длине волны 5,2 см получены новые данные о явлении смены знака поляризации: о связи между временем начала и продолжительности процесса смены знака, о связи между временными характеристиками явления смены знака поляризации и параметрами активной области в оптическом излучепш. Показано, что на предвспышечной стадии излучение корональной конденсации отличается от излучения на "спокойном" этапе развития активной области. Обнаружено исчезновение поляризованного излучения при резком уменьшении площади группы пятен.
По исследованиям поведения полного потока микроволнового излучения на длине волны 5,2 см показано, Что на предвспышечной стадии излучательиая способность (отношения полного і.отока излучения к площади пятен) характеризуется скачкообразным поведением, отражающим отмеченный выше преобладающий вклад излучения корональной конденсации на этой стадии. Показано, что отношение числа микроволновых всплесков к числу субвспышек является хорошим индикатором состояния активной области: при среднем значении ~ 30% за день до появления мощной солнечной вспышки это отношение возрастает до 70%, а в день, когда происходит такая вспышка,
практически все субвспышкй сопровождаются всплескам». Эта связь остается достаточно высокой и па следующий день после окончания мощной вспышки.
» Разработан метод количественного описания ситуации на линии раздела полярностей продольного магнитного поля (ЛРП) в активных областях и комплексах активности, основанный На измерениях gract Йц в окрестности ЛРП, построении распределения этой величины вдоль всей длины ЛРП И анализе поведения распределения в процессе развития активной области. Эгот метод цо сих пор остается единственным количественным методом исследования процессов вблизи ЛРП. Он допускает расширение и на другие измеряемые параметры: угол между направлением фибрил и поперечного магнитного поля и ЛРП, отношение большой полуоси супергранулы к ее малой" полуоси.
» С помощью этого метода исследовано поведение волокна (протуберанца на диске Солнца) на всех этапах его существования от рождения до разрушения В результгте Получено необходимое условие для появления волокна в активной области: для появления волокна необходим сдвиг распределения grad Йц в сторону Низких значений градиента и существование на линии раздела полярностей достаточно протяженных участков, однородных по магнитному полю, на которых значения grad Hlt не превышают некоторого предельного значения. Усиление градиента магнитного Поля приводит к разрушению волокна. Показане, Что противоречие между нестоящим условием и условием, предложенным С. Мартин й основанном На конвергентных движениях и слиянии узлов мапНпНсЛт) Ноля, является кажущимся: последний эффект приводит к еглйживаіійю МеодНородностей магнитного поля и, таким образом, является составным элементом полученного в диссертации более общего условия.
» Впервые по данным с высоким пространственным разрешением показана связь "отрицательных всплесков" в микроволновом излучении с выбросами корональной массы. Дано объяснение ряда остававшихся ранее непонятными свойств этих всплесков. Предложен метод диагностики некоторых параметров выбросов корональної! массы. До полета гелиосферной обсерватории SOHO это был единственный метод диагностики выбросов корональной массы на диске Солнца.
Научная и ппакшчесь'ап ценность. Научная ценность работы определяется получением ряда важных данных о поведении микроволнового излучения на предвспышечной стадии развития активной области, связи динамики магнитного поля в окрестности линии раздела полярностей продольного магнитного поля с появлением, развитием и разрушением волокна, связи выбросов корональной массы с мощными солнечными вспышками и эруптивными протуберанцами. Эти данные существенно влияют на современные представления о Подготовительной стадии солнечных эруптивных событий. В частности, необходимое условие для возникновения волокна используется при создании моделей и теории формиооваиия протуберанцев (Aulan-: г С, Demoiilin P. Astnm. Astro, hys. 1998, 329, 1125; Bardakov YM Solar Ph'x. 1998, 179, 327).
Практическое значение работы заключается в решении задачи краткосрочного прогноза мощных солнечных вспышек по наблюдениям на Сибирском солнечном радиотелескопе. Разработанные методы исследования и полученные в диссертации результаты могут использоваться другими исследователями при изучении таких явлений солнечной активности, как солнечные вспышки, протуберанцы и выбросы корональной массы. В частности, метод количественного описания ситуации на ЛРП уже нашел свое применение в работах ряда авторов
(С.А.Язев, ПМ.Хмыров Соли. Данные, 1987, № 12,75; B.S.Nagabhushana, M.N. Gokhale HvarObs. Bull. 1989,13,25).
Апробация работы.
Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на семинарах ИСЗФ СО РАН, Астрофизического института в Потсдаме; на семинаре секции "Солнце" Астросоаета АН СССР (Киев, 1984), на XII региональной консультации по солнечной физике (Смоленнце, Чехословакия, 1986) на научных семинарах группы больших солнечных радиотелескопов (Иркутск, 1987; Ленинград, 1988), XIX и XXVI Конференциях по радиоастрономии (Киев, 1987; Санкт-Петербург, 1995), Всесоюзной конференции "Методы гелио-геофизического прогнозирования" (Калуга, 1988), научном семинаре секции "Радиофизические исследовании солнечной системы" (Горький, 1989), на V и VIII семинарах рабочей группы "Специальные теоретические и экспериментальные исследования солнечной плазмы" (Ашхабад, 1986; Ленинград, 1989), на симпозиуме по радиогелиографу Нобеяма (Нобсяма, Япония, 1990), па советско-китайском симпозиуме но солнечной физике (Иркутск, 1991), на XX Ассамблее Европейского геофизического союза (Визбаден, Германия, 1991).
Ряд результатов, в частности, выводы о сдвиге распределения grad Нц в сторону низких значений при появлении волокна, разрушении золокна в результате фрагментации магнитного Ноля подтверждены другими исследователями (Б.А.Иошпа, EX.Куликова Физика солнечной активности М.: Наука. 1988, 168; Б.А.Иошпа, Е.Х.Куликова Солнечные магнитные поля и корона. Т. 1, Новосибирск: Наука, 1989, 167; Schmieder В. et-аІ., Astron. and Astrophys. 1991, 244, 533).
Структура u обі>ем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она содержит 140 страниц текста, 42 рисунка, 13 таблиц. Список литературы содержит 141 наименование. Общий объем диссертации 179 страниц.
