Потоки солнечных энергичных протонов в околоземном пространстве 13–23 марта 2023 года


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследования потоков солнечных протонов с энергией больше 5 МэВ в околоземном космическом пространстве 13–23.III.2023. Особенностями исследуемого периода являются отсутствие наблюдаемой солнечной вспышки, с которой можно ассоциировать начало события, нехарактерный временной профиль потоков протонов, а также большая длительность существования потоков солнечных протонов в околоземном пространстве. Предпринята попытка объяснить источники наблюдаемых вариаций потоков частиц и понять, что происходило на Солнце и в окружающем Землю пространстве. Источником солнечных протонов 13.III.2023 был взрывной процесс на обратной от Земли стороне Солнца, зарегистрированный как корональный выброс массы очень большой мощности. Причиной длительного и сложного временного профиля солнечных протонов был вклад процессов ускорения частиц на Солнце и в межпланетной среде, а также модуляция потоков частиц структурами межпланетного магнитного поля. Предложен возможный сценарий, объясняющий существование повышенных потоков солнечных частиц 15–23.III.2023: формирование гелиосферной структуры – замкнутой области-­ловушки, образованной двумя межпланетными корональными выбросами массы и областями взаимодействия высокоскоростных и медленных потоков солнечного ветра. В работе использованы экспериментальные данные, полученные с космического аппарата Solar Orbiter и с космических аппаратов, расположенных вблизи точки L1 системы Земля – Солнце (ACE и DSCOVR) и на геостационарной орбите (GOES-16).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. А. Власова

Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: nav19iv@gmail.com
Россия, Москва

Г. А. Базилевская

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: nav19iv@gmail.com
Россия, Москва

Е. А. Гинзбург

Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова

Email: nav19iv@gmail.com
Россия, Москва

Е. И. Дайбог

Научно-­исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: nav19iv@gmail.com
Россия, Москва

В. В. Калегаев

Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына

Email: nav19iv@gmail.com
Россия, Москва; Москва

К. Б. Капорцева

Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: nav19iv@gmail.com
Россия, Москва, Москва

Ю. И. Логачев

Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: nav19iv@gmail.com
Россия, Москва

И. Н. Мягкова

Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: nav19iv@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Meyer P., Parker E. N., Simson J. A. Solar Cosmic Rays of February, 1956 and Their Propagation through Interplanetary Space // Physical Review. 1956. V. 104. Iss. 3. P. 768–783. https://doi.org/10.1103/PhysRev.104.768
  2. Reames D. V. Solar energetic particles: A paradigm shift // Reviews of Geophysics, Supplement. 1995. P. 585–589. https://doi.org/10.1029/95RG00188
  3. Bazilevskaya G. A. Once again about origin of the solar cosmic rays // J. Physics: Conf. Series. 2017. V. 798. Art. ID. 012034. https://doi.org/10.1088/1742-6596/798/1/012034
  4. Klein K.-L., Dalla S. Acceleration and Propagation of Solar Energetic Particles // Space Science Reviews. 2017. V. 212. P. 1107–1136. https://doi.org/10.1007/s11214-017-0382-4
  5. Struminsky A. B., Grigorieva I. Yu., Logachev Yu.I., Sadovski A. M. Two Phases of Solar Flares and a Stochastic Mechanism for Acceleration of Electrons and Protons // Astrophysics. 2020. V. 63. P. 388–398. https://doi.org/10.1007/s10511-020-09643-2
  6. Reames D. V. The two sources of solar energetic particles // Space Science Reviews. 2013. V. 175. P. 53–92. https://doi.org/10.1007/s11214-013-9958-9
  7. Reid G. C. A diffusive model for the initial phase of a solar proton event // J. Geophys. Res. 1964. V. 69. Iss. 13. P. 2659–2667. https://doi.org/10.1029/JZ069i013p02659
  8. Axford W. I. Anisotropic diffusion of solar cosmic rays // Planetary and Space Science. 1965. V. 13. Iss. 12. P. 1301– 1309. https://doi.org/10.1016/0032-0633(65)90063-2
  9. Любимов Г. П. Отражательная модель движения СКЛ в петлевых ловушках // Астрономический циркуляр АН СССР. 1988. № 1531. С. 19–20.
  10. Любимов Г. П., Григоренко Е. Е. Об отражательной модели солнечных космических лучей // Косм. исслед. 2007. Т. 45. № 1. С. 12–19.
  11. Reinhard R., Wibberenz G. Propagation of Flare Protons in the Solar Atmosphere // Solar Physics. 1974. V. 36. Iss. 2. P. 473–494. https://doi.org/10.1007/BF00151216
  12. Bazilevskaya G. A., Vashenyuk E. V. Some Features of Coronal and Interplanetary Propagation of Solar Cosmic Rays of High Energy // Proc. 16th International Cosmic Ray Conference. 1979. V. 5. Art.ID. 156.
  13. Leske R. A., Christian E. R., Cohen C. M.S. et al. Observations of the 2019 April 4 Solar Energetic Particle Event at the Parker Solar Probe // Astrophysical J. Supplement Series. 2020. V. 246. Art. ID. 35. https://doi.org/10.3847/1538-4365/ab5712
  14. Frassati F., Laurenza M., Bemporad A. et al. Acceleration of Solar Energetic Particles through CME-driven Shock and Streamer Interaction // Astrophysical J. 2022. V. 926. Iss. 2. P. 227–246. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac460e
  15. Zhang M., Cheng L., Zhang J. et al. A Data-driven, Physics-­based Transport Model of Solar Energetic Particles Accelerated by Coronal Mass Ejection Shocks Propagating through the Solar Coronal and Heliospheric Magnetic Fields // Astrophysical J. Supplement Series.2023. V. 266. Art. ID. 35. https://doi.org/10.3847/1538-4365/accb8e
  16. Malandraki O., Khabarova O., Bruno R. et al. Current sheets, magnetic islands, and associated particle acceleration in the solar wind as observed by Ulysses near the ecliptic plane // Astrophysical J. 2019. V. 881. Art. ID. 116. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab289a
  17. Паркер Е. Н. Динамические процессы в межпланетной среде. М.: МИР, 1965.
  18. Reames D. V. How Do Shock Waves Define the Space-­Time Structure of Gradual Solar Energetic Particle Events? // Space Science Reviews. 2023. V. 219. Art. ID. 14. https://doi.org/10.1007/s11214-023-00959-x
  19. Логачев Ю. И., Базилевская Г. А., Власова Н. А. и др. Каталог солнечных протонных событий 24-го цикла солнечной активности (2009–2019 гг.). Москва: МЦД, 2022. https://doi.org/10.2205/ESDB-SAD-008
  20. Rodríguez-­Pacheco J., Wimmer-­Schweingruber R.F., Mason G. M. et al. The Energetic Particle Detector. Energetic particle instrument suite for the Solar Orbiter mission // Astronomy & Astrophysics. 2020. V. 642. Art. ID. A7. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201935287
  21. Григорьева И. Ю., Струминский А. Б. Формирование источника солнечных космических лучей в эруптивных вспышках Х6.9 9 августа 2011 года и М5.1 17 мая 2012 года // Астрономический журнал. 2022. Т. 99. № 6. С. 486–495.https://doi.org/10.31857/S0004629922060044
  22. Базилевская Г. А., Дайбог Е. И., Логачев Ю. И. Изолированные события солнечных космических лучей, обусловленные приходом быстрых штормовых частиц (ESP) // Геомагнетизм и аэрономия. 2023. Т. 63. № 4. С. 503–510. https://doi.org/10.31857/S0016794023600254
  23. Laitinen T., Kopp A., Eenberger F. et al. Solar energetic particle access to distant longitudes through turbulent field-line meandering // Astronomy & Astrophysics. 2016. V. 591. Art. ID. A18. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201527801
  24. Kumar B., Mathur S., García R. A., Venkatakrishnan P. On the flare induced high-frequency global waves in the Sun // Astrophysical J. Letters. 2010. V. 711. P. L12– L18.https://doi.org/10.1088/2041-8205/711/1/L12
  25. Rodríguez-­García L., Gómez-­Herrero R., Zouganelis I. et al. The unusual widespread solar energetic particle event on 2013 August 19 – Solar origin and particle longitudinal distribution // Astronomy & Astrophysics. 2021. V. 653. A137. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202039960
  26. Downs C., Warmuth A., Long D. M. et al. Validation of Global EUV Wave MHD Simulations and Observational Techniques // Astrophysical J. 2021. V. 911. P. 118–135.https://doi.org/10.3847/1538-4357/abea78
  27. Bryant D. A., Cline T. L., Desai U. D., McDonald F. B. Explorer 12 observations of solar cosmic rays and energetic storm particles after the solar flare of September 28, 1961 // J. Geophys. Res. 1962. V. 67. Iss. 13. P. 4983– 5000.https://doi.org/10.1029/JZ067i013p04983
  28. Дайбог Е. И., Кечкемети К., Лазутин Л. Л. и др. 27-дневная периодичность потоков юпитерианских электронов на орбите Земли // Астрономический журнал. 2017. Т. 94. № 12. С. 1062–1070. https://doi.org/10.7868/S0004629917120027
  29. Richardson I. G. Energetic particles and corotating interaction regions in the solar wind // Space Science Reviews. 2004. V. 111. P. 267–376. https://doi.org/10.1023/B: SPAC.0000032689.52830.3e
  30. Reames D. V. Solar Energetic Particles. A Modern Primer on Understanding Sources, Acceleration and Propagation. Part of the book series: Lecture Notes in Physics. V. 932. 2017. https://doi.org/10.1007/978-3-319-50871-9
  31. Richardson I. G. Solar wind stream interaction regions throughout the heliosphere // Living Reviews in Solar Physics. 2018. V. 15. A1. https://doi.org/10.1007/s41116-017-0011-z
  32. Burlaga L., Berdichevsky D., Gopalswamy N. et al. Merged Interaction Regions at 1 AU // J. Geophys. Res. Space Physics. 2003. V. 108. Iss. A12. Art.ID. 1425.https://doi.org/10.1029/2003JA010088
  33. Wang Z., Guo J., Feng X. et al. The merging of two stream interaction regions within 1 au: the possible role of magnetic reconnection // The Astrophysical J. Letters. 2018. V. 869. Art. ID. L6. https://doi.org/10.3847/2041-8213/aaf398

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Временные профили потоков солнечных протонов по данным КА Solar Orbiter (а), по данным КА АСЕ (б) и по данным ИСЗ GOES-16 (в) 11– 24. III.2023. Цифры рядом с кривыми – энергия солнечных протонов в МэВ.

Скачать (360KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Временные профили плотности потока рентгеновского излучения Солнца с длиной волны 0.1– 0.8 нм и указанием балла вспышки (а) и потоков солнечных протонов с энергией >5, >10, >30, >60 и >100 МэВ по данным ИСЗ GOES-16 (б), плотности (в) и скорости (г) солнечного ветра и модуля величины ММП (д) по данным КА DSCOVR 12–15.III.2023.

Скачать (410KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Временные профили плотности потока рентгеновского излучения Солнца с длиной волны 0.1– 0.8 нм (а) и потоков солнечных протонов по данным ИСЗ GOES-16 (б), плотности (в) и солнечного ветра и скорости (г) модуля величины ММП (д) по данным КА DSCOVR 15–23.III.2023.

Скачать (448KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Временные профили потоков протонов с энергией >10 и >60 МэВ (а), >60 и >100 МэВ (б) по данным ИСЗ GOES-16 и потоков электронов с энергиями 0.038–0.053, 0.053–0.103, 0.103–0.175 и 0.175–0.315 МэВ (в) по данным КА ACE 13.III.2023 (стрелками указаны моменты первого прихода частиц). Зависимость (г) времени прихода частиц в околоземное пространство от скорости частиц (протоны – темные значки, электроны – более светлые). Значок на оси Y – экстраполяция полученной зависимости для оценки момента выхода частиц из Солнца в межпланетную среду.

Скачать (618KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Временные профили скорости солнечного ветра (а), модуля (б) и Bx-компоненты (в) ММП 14.II–27.III.2023. Цифры у кривых соответствуют номеру высокоскоростного потока.

Скачать (319KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024