Кинетическое моделирование распределения межзвездных атомов водорода в гелиосфере и анализ экспериментальных данных SOHO/SWAN по рассеянному солнечному Лайман-альфа излучению

• Автор: Катушкина, Ольга Александровна
• Шифр специальности: 01.03.03, 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Оглавление

Введение: общая характеристика работы

Определения, сокращения и обозначения

1 Кинетическая модель распределения межзвездных атомов

водорода в гелиосфере

1.1 Введение к главе

1.1.1 Первые идеи о проникновении межзвездных атомов

водорода в окрестность Солнца

1.1.2 Аналитическое решение для функции распределения

атомов по скоростям в случае классической горячей модели

1.1.3 Современные представления о структуре гелиосферного ударного слоя

1.1.4 Современное развитие горячей модели
1.2 Распределение атомов водорода по пространству и скоростям
в гелиосфере в осесимметричном стационарном случае
1.2.1 Постановка задачи: уравнения
1.2.2 Упрощение правой части уравнения Больцмана
1.2.3 Общие выражения для частоты перезарядки и фотоионизации
1.2.4 Кинетические эффекты в распределении межзвездных атомов на расстоянии 90 а.е. от Солнца
1.2.5 Постановка задачи: граничные условия
1.2.6 Метод решения
1.2.7 Результаты: влияние эффектов гелиосферного удар-
ного слоя на распределение атомов водорода внутри гелиосферы
1.3 Распределение атомов водорода по пространству и скоростям
в трехмерном нестационарном случае
1.3.1 Постановка задачи: уравнения и граничные условия .

1.3.2 Задание определяющих параметров Pex,E(t,), 0Ph.E{t! А) и n(t, А, иу) в трехмерном нестационарном случае
1.3.3 Результаты численного моделирования: параметры атомов водорода в гелиосфере
1.4 Выводы к главе
2 Теоретическое исследование спектров рассеянного солнечного Лайман-альфа излучения в гелиосфере
2.1 Введение к главе
2.2 Постановка задачи о нахождении спектра рассеянного солнечного Лайман-альфа излучения
2.2.1 Получение формального аналитического решения уравнения переноса излучения
2.3 Результаты
2.3.1 Влияние эффектов гелиосферного ударного слоя на параметры рассеянного солнечного Лайман-альфа излучения на орбите Земли
2.3.2 Исследование зависимости ширины линии рассеянного Лайман-альфа излучения от направления луча зрения наблюдателя
2.3.3 Исследование зависимости моментов спектра рассеянного излучения от значений параметров д и Ptot,E ■ ■ НО
2.4 Выводы к главе
3 Рассеянное солнечное Лайман-альфа излучение как способ
диагностики гелиоширотных и временных вариаций потока
массы солнечного ветра
3.1 Введение
3.2 Два способа задания частоты перезарядки Pex{t, А)
3.3 Результаты: карты интенсивности рассеянного солнечного
Лайман-альфа излучения, сравнение с данными SOHO/SWAN
3.4 Заключение к главе
Заключение
Литература

Введение: общая характеристика работы
Актуальность работы
В диссертации проводится теоретический анализ эволюции функции распределения межзвездных атомов водорода по скоростям внутри гелиосферы - области космического пространства, занятой солнечным ветром. Разработана трехмерная нестационарная кинетическая модель распределения атомов водорода, в которой учитываются эффекты, связанные 1) с 11-летним циклом солнечной активности; 2) с зависимостью параметров солнечного ветра от гелиошироты; 3) с изменением функции распределения межзвездных атомов при их прохождении через область взаимодействия солнечного ветра с межзвездной средой. Построенная численная модель применяется для анализа экспериментальных данных по рассеянному солнечному Лайман-альфа излучению, полученных на космическом аппарате (КА) SOHO (прибором SWAN). Актуальность данной работы обусловлена, во-первых, интересом к исследованию границы гелиосферы, возросшим в последнее время благодаря появлению новых уникальных данных с КА Вояджер-1 и 2, а также IBEX - Interstellar Boundary Explorer, и, во-вторых, большим количеством экспериментальной информации о рассеянном солнечном Лайман-альфа излучении, накопленной за последние 25 лет. Исторически, именно данные о рассеянном Лайман-альфа излучении привели к идее о существовании межзвездного ветра, а также к развитию теоретических моделей проникновения межзвездных нейтральных атомов внутрь гелиосферы. В самом начале космической эры (Shklovsky, 1959) при первых ракетных запусках было обнаружено излучение в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, которое невозможно было объяснить излучением от ближайших к Солнцу звезд или рассеянием солнечного излучения на нейтральных атомах в атмосфере Земли. В работах Курта & Гермогеновой (1967) и Курта & Сюняева (1967) была высказана гипотеза о галактическом происхождении измеряемого излучения. В дальнейшем более детальные измерения на аппарате OGO-5 на основании обнаруженного параллакс-эффекта показали, что единственным возможным источником рассеянного Лайман-альфа излучения могут быть межзвездные атомы водорода, которые проникли

Рис. 1.2. Безразмерные концентрация (а), средняя скорость (Ь,с), корреляционный коэффициент Кгр и третий момент Кгг2 (с!), кинетические “температуры” Т2, Тр и Таг1 (в градусах Кельвина) (е,1) первичных (синий цвет) и вторичных (красный цвет) межзвездных атомов водорода на расстоянии 90 а.е. от Солнца в зависимости от угла в. Таь - это средняя температура, определяемая следующим образом: 3 ■ Таг1 = Т2 + Тр + Ту. В силу осевой симметрии Ту = Тр