Исследование долгопериодических колебаний корональных петель и радиационного затухания волн в солнечной короне

• Автор: Хонгорова, Ольга Викторовна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Элиста
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Радиальные колебания корональных петель
1.1. Наблюдение корональных осцилляций
1.2. МГД-волны в цилиндрической геометрии
1.3. Колебания корональных магнитных трубок
1.4. Радиальные колебания составной магнитной трубки с азимутальным полем
1.5. Долгопериодические колебания корональных петель
Глава 2. Возбуждение долгопериодических колебаний
2.1. Взаимодействие волн в солнечной короне
2.2. Нелинейное резонансное взаимодействие волн
2.3. Аксиально-симметричные моды цилиндрических магнитных трубок
2.4. Взаимодействие мод неоднородных магнитных трубок
Глава 3. Затухание МГД-волн в солнечной короне
3.1. Наблюдение затухающих колебаний в короне
3.2. Уравнения радиационной магнитной гидродинамики
3.3. Дисперсионное уравнение магнитозвуковых волн с учетом эффекта излучения
3.4. Радиационное затухание магнитозвуковых волн в короне
Заключение
Литература

Введение
Актуальность проблемы и предмет исследования.
Магнитная гидродинамика является общепринятой формой описания крупномасштабных процессов в плазме, к которым можно отнести явления солнечной активности, происходящие в плазме солнечной атмосферы. Во время вспышек наблюдаются пульсации интенсивности радио- и жесткого рентгеновского излучения, периоды которых варьируются от долей секунд до нескольких минут. Одной из наиболее вероятных причин появления осцилляций с периодами порядка секунды и больше считаются колебания корональных магнитных трубок - корональных петель, которые допускают описание в МГД-приближении (Roberts et al., 1984; Aschwanden, 1987). Осесимметричные быстрые магнитозвуковые (радиальные) моды приводят к модуляции интенсивности наблюдаемого радиоизлучения, генерируемого пучками электронов, ускоренных во время вспышки. Они приводят также к колебаниям величины угла «конуса потерь» и, как следствие, к периодическому «высыпанию» ускоренных электронов в нижние плотные слои атмосферы, вызывая, в свою очередь, периодически меняющееся жесткое рентгеновское излучение плазмы у оснований вспышечных петель (механизм пульсаций Зайцева-Степанова).
Радиальные моды магнитной трубки позволяют удовлетворительно объяснить пульсации с периодом до 10-20 с и аналогичные пульсации рентгеновского излучения (Nakariakov et al., 2003; Melnikov et al., 2005). Они используются как инструмент для определения параметров корональной плазмы и магнитного поля (Nakariakov, Ofman, 2001; Зайцев, Степанов, 2008). Вместе с тем часто наблюдаются долгопериодические пульсации, когда величина периода колебаний достигает значений в несколько десятков секунд (Kupriyanova et al., 2010). В этом случае объяснение пульсаций пытаются найти в винтовых модах или во взаимодействии вспышечных пе-

тель с другими, более протяженными корональными петлями.
Интерес к радиальным колебаниям обусловлен также существованием колебаний интенсивности мягкого рентгеновского излучения (McKenzie, Mullan, 1997). Хотя считается, что здесь имеет место резонансное поглощение волн, можно предположить, что пульсации производятся радиальными колебаниями. В таком случае возникает вопрос о происхождении радиальных колебаний корональных петель активных областей. Естественно предположить, что это может происходить в результате взаимодействия торсионных мод, также имеющих аксиальную симметрию (Михаляев, 2006). Для изучения взаимодействия возможен аналитический подход на основе теории слабонелинейного резонансного взаимодействия волн.
Источником энергии петельных вспышек принято считать электрические токи, текущие вдоль вспышечной петли от одного основания к другому. Наличие электрического тока в петле служит свидетельством существования азимутальной составляющей магнитного поля в корональных магнитных трубках. В качестве косвенного подтверждения этого вывода можно привести также высокой степени однородность диаметра петель на всем их протяжении. Кроме того, наличие жгутовых магнитных структур в короне регистрируется прямо, например, при наблюдениях в ультрафиолетовом диапазоне. Появление скрученных магнитных трубок в короне находит несколько объяснений. Скрученные магнитные трубки в короне могут возникать в результате вращения оснований петель, другой путь -скручивание магнитных трубок под действием конвекции и последующий их вынос в атмосферу. В атмосфере они испытывают расширение, в результате которого азимутальная составляющая концентрируется во внешней части петли, образуя оболочку с преимущественно азимутальным полем (Паркер, 1972). При этом в центральной части петли поле остается преимущественно продольным. Таким образом, адекватной моделью вспышечных корональных петель можно считать магнитные трубки, поле которых имеет азимутальную составляющую.
Наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне позволяют видеть колебания и волны в короне с большим пространственным и временным разрешением. Обнаружены поперечные колебания корональных петель, иденти-
Глава 1. РАДИАЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ КОРОНАЛЬНИХ ПЕТЕЛЬ

Анализ подъема магнитных трубок в разреженную атмосферу показывает, что в трубке происходит перераспределение магнитных потоков (Паркер, 1972). Продольный поток концентрируется главным образом в центральной части трубки, азимутальный поток - на периферийной части, вблизи границы. При этом формируются две части трубки, центральная часть с преимущественно продольным полем и оболочка с преимущественно азимутальным полем. Соотношение азимутальной В1р и продольной Вх составляющих в оболочке равно Вр/В~ ~ 1/г, где г есть расстояние от оси трубки. Согласно Паркеру, образование оболочки с азимутальным полем является закономерным итогом квазиравновесной эволюции скрученных магнитных трубок, выносимых в атмосферу из конвективной зоны. Подобное представление мы положим в основу построения модели корональной петли, несущей электрический ток.
а) г *

Рис. 1.9: Общий вид составной магнитной трубки с азимутальным полем в оболочке (а) и радиальное распределение плотности плазмы в трубке (6).
Рассмотрим составную магнитную трубку (рис. 1.19), состоящую из шнура с продольным полем и оболочки, где поле имеет азимутальное направление (Михаляев, 2005). Плазма и поле в шнуре (г < Ь) и в окружающей среде (а < г) имеют однородный характер: р, В, = Ве2 ре, Ве = В,,сг. В оболочке {Ь < г < а) плотность плазмы и поле зададим в виде рга = ро/(иг)2, Вт = (В0/аг)ер, где а-1 некоторый пространственный масштаб. Газовое давление мы не учитываем, принимая приближение нулевой плазменной бета, и условие равновесия трубки записываем в виде