Динамика и пространственное распределение солнечных космических лучей в гелиосфере

• Автор: Струминский, Алексей Борисович
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 275 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Диссертация содержит анализ пространственно-временных особенностей распространения солнечных космических лучей (СКЛ) в гелиосфере и их сравнение с динамикой гамма, рентгеновского и радиоизлучения солнечных вспышек. Диссертация основана на работах, выполненных автором с 1993 по 2011 год, и охватывает практически полностью два цикла солнечной активности. В работе использовались данные, полученные на космических аппаратах в различных точках гелиосферы (гамма и рентгеновского излучения Солнца, солнечных протонов и электронов, параметров солнечного ветра), а также результаты наземных наблюдений (потоки солнечных протонов и нейтронов, радиоизлучения Солнца на различных частотах). Показано, что динамика и пространственное распределение солнечных протонов с энергией более 40 МэВ на расстоянии <5 а.е. в какой-либо точке гелиосферы после солнечной вспышки определяются первые 30 часов свойствами источника на Солнце, а далее - процессами распространения. Поперечная диффузия выравнивает пространственные градиенты СКЛ, образовавшиеся в начале события. За счет конвекции частицы СКЛ выносятся потоком солнечного ветра из равномерно заполненной области. Эти процессы определяют пространственно-временное распределение СКЛ в гелиосфере.

ОГЛАВЛЕНИЕ

НЕКОТОРЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ

ПРЕДИСЛОВИЕ
ВВЕДЕНИЕ

В.1. Наблюдения солнечных вспышек в различных длинах волн

В. 1.1 Классификация солнечных вспышек

В. 1.2 HXR и гамма-излучение

В.1.3 Всплески радиоизлучения
В. 1.4 Связь между различными видами излучений
В.2. Происхождение солнечных космических лучей
В.З. Распространение и модуляция СКЛ
ГЛАВА 1 ИССЛЕДОВАНИЕ HXR ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛНЦА
1.1 Методические вопросы
1.1.1 Использование данных ACS SPI
1.1.2 Отбор событий и их сравнение
1.2 Ускорение частиц и нагрев плазмы: эффект Нойперта
1.3 Температура вспышечной плазмы и интенсивность HXR
1.3.1 Событие 6 декабря 2006 года
1.3.2 Импульсные события
1.3.3 Длительные события
Выводы Главы
ГЛАВА 2 ДЛИТЕЛЬНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ СОЛНЕЧНЫХ НЕЙТРОНОВ
2.1 Регистрации солнечных нейтронов наземными методами
2.2 Статистическое исследование нейтронных событий
2.3 Длительное гамма излучение Солнца и солнечные нейтроны
2.3.1 Событие 4 июня 1991 года
2.3.2 Событие 28 октября 2003 года
2.3.3 Событие 7 сентября 2005 года
Выводы Главы

ГЛАВА 3 СВЯЗЬ ПОТОКОВ СКЛ С СОЛНЕЧНЫМ источником
3.1 Момент прихода первых СКЛ
3.1.1 Данные ACS SPI
3.1.2 Данные GOES
3.2 Вариации спектра и распространение без рассеяния
3.3 Диффузионная модель распространения СКЛ
3.3.1..Импульсные события
3.3.2...Длительные события
3.4 Распространение СКЛ на полярные широты гелиосферы
3.4.1 Момент прихода и фаза роста интенсивности СКЛ
3.4.2 Связь с солнечным источником
3.4.3 Модель распространения СКЛ на высокие широты
Выводы Главы
ГЛАВА 4 ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКЛ В ГЕЛИОСФЕРЕ
4.1 Модуляция потока СКЛ вблизи Земли
4.2 Быстрое» и «медленное» распространение и эффект «резервуара»
4.4 Модуляция КЛ в трехмерной гелиосфере
Выводы Главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ: ОБСУЖДЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Кейн и др., 1986 ввели классификацию событий СКЛ по длительности сопровождавшего их мягкого рентгеновского излучения (импульсные и длительные), рассмотрев 67 событий 1978-1983 годов. Импульсные события совпадали с радиовсплесками III типа, имели хорошее магнитное соединение, большое отношение числа электронов к числу протонов, в них практически не наблюдались ударные волны. Длительные события не обладали выделенным положением, характеризовались большими протонными энергиями и наличием ударных волн. Все это указывало на два различных механизма ускорения. В импульсных событиях низко в короне в среде с большой плотностью работает кратковременный ускоритель, а в длительных - ударные волны, распространяющиеся высоко в короне в среде с низкой плотностью, ускоряют заряженные частицы.
Риме (1988) впервые показал существование бимодального распределения событий СКЛ по распространенности химических элементов, были рассмотрены данные 1БЕЕ-3 за 8.5 лет. Была выделена группа событий с большими отношениями распространенностей (Ре/О, 3Не/4Не, р/е, Не/Н), которые свидетельствовали о высоких температурах, характерных для импульсного нагрева в солнечных вспышках. Другая группа, в которой распространенность элементов была ближе к нормальной, была связана с корональными и межпланетными ударными волнами. Отношения распространенности различных ионов СКЛ стали рассматриваться как характеристики того или иного механизма ускорения.
В работе Клайвера с соавторами (1989) была рассмотрена взаимосвязь между флюенсами в гамма-линии 4.8 МэВ, наблюдавшимися на КА БММ, и максимумами интенсивности потока протонов 10 МэВ. В том случае, если не было данных по гамма-излучению, то делалась оценка флюенсов по корреляционной зависимости между 4.8 МэВ и интенсивностью I IX К (300 кэВ), радиоизлучения (9 ГГц). Был сделан вывод, что не наблюдается корреляции между интенсивностью протонов в межпланетной среде и флюенсами в линии 4.8 МэВ. При этом существовали протонные события, которые ассоциировались со вспышками без гамма-излучения, но не наоборот. Отношение числа протонов во вспышке, необходимых для генерации наблюдаемого излучения 4.8 МэВ, и протонов в космосе изменялось на 4 порядка. Оно было больше для импульсных вспышек и меньше для длительных. Продолжение этого исследования (Клайвер, 1994) показало, что гамма вспышки не отличаются от всех остальных вспышек. Флюенсы в линии 4.8 МэВ и НХЯ >50 кэВ показали хорошую корреляцию между собой, которая свидетельствовала о том, протоны и электроны в импульсных и длительных событиях, взаимодействующие на Солнце, ускоряются в одном процессе. Однако плохая