Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В рамках первого года продленного проекта были выполнены работы по наблюдательному и теоретическому исследованию вспышечных активных областей на длительных интервалах времени, отдельных солнечных вспышек и их предвестников. Полученные результаты имеют как фундаментальное значение, так и важность для прогнозирования солнечных вспышек. В нашей работе мы анализировали данные наблюдений самых современных отечественных и зарубежных обсерваторий наземного и космического базирования в разных диапазонах электромагнитного спектра: радио (3-24 ГГц), оптический (6173 А), ультрафиолетовый (94-1700 А) и рентгеновский (>3 кэВ). В процессе выполнения задач проекта рассматривались разные наборы данных наблюдений для разных объектов на Солнце: отдельных небольших всплесков на Солнце, крупных солнечных вспышек и активных областей на протяжении нескольких дней. Исследования отдельных активных областей на длительных интервалах времени показал: - Уровень интегральной хромосферной активности по данным наблюдений УФ излучения в канале 1600 А (AIA/SDO) отдельных АО перед крупными вспышками и сериями небольших вспышек высок. - Усредненные карты хромосферной активности по УФ данным чувствительны к усложнению структуры магнитного поля АО - Рентгеновские источники предвестников (отдельных всплесков перед вспышкой) перед вспышками локализуются в окрестности будущей вспышки, а не являются случайными актами энерговыделения раскиданными по всей АО. Cтоит заметить, что в данном проекте для анализа энерговыделения отдельных вспышек и их предвестников использовались данные рентгеновской обсерватории STIX на борту Solar Orbiter. Был получен ряд интересных научных и методических результатов. В частности, построены изображения в рентгеновском диапазоне для ряда солнечных вспышек и их предвестников по данным телескопа STIX на борту космического аппарата Solar Orbiter при различных гелиографических долготах аппарата. Рентгеновские изображения ряда слабых всплесков-предвестников мощной солнечной вспышки Х класса 14 декабря 2023 года были наложены на ультрафиолетовые изображения, а также на фотосферные магнитограммы. Показано, что источники мягкого рентгеновского излучения предвестников находятся вблизи и между основаниями магнитных петель, с которыми связана последующая крупная вспышка. Источники меняют пространственное положение от всплеска к всплеску. Показано, что перед мощной вспышкой в основаниях магнитных петель может накапливаться горячая плазма. Реконструкция изображений рентгеновского излучения для полного диска Солнца по данным STIX в интервалах всплесков, которые предшествовали вспышке М5.1 23 января 2024 г., выявила одновременную активность в двух различных АО на Солнце, разнесённых друг от друга на большое расстояние и вряд ли связанных друг с другом. На основе изображений двух разных АО был оценен вклад каждого из источников в каждом временном интервале. Анализ наблюдательных данных за 22 и 23 января 2024 г. позволил выявить рентгеновское излучение (предвестник) в той же АО, где впоследствии развивалась вспышка. Для того же события выполнен анализ микроволнового излучения, зарегистрированного СРГ. Обнаружено, что примерно за один час до вспышки в хвостовой части активной области произошел короткий радиовсплеск-предвестник длительностью около 20 с. Местоположение и время регистрации как радиоисточника основной вспышки, так и всплеска-предвестника хорошо согласуются с результатами анализа рентгеновского и УФ излучения. Для радиовсплеска по данным СРГ были синтезированы микроволновые изображения Солнца на всех доступных частотах и с максимальным временным разрешением. Полученные многоволновые пространственно-разрешённые данные позволили восстановить динамический спектр потока радиоизлучения всплеска, выделив его из суммарного потока излучения активной области. Анализ спектральных данных показал, что данный всплеск характеризуется тонкой временной структурой и относительно высокой степенью поляризации (50%). Несмотря на короткую длительность всплеска, удалось обнаружить дрейф его частоты в сторону высоких частот со скоростью около 700 МГц/с. На основании результатов проведённого анализа было сделано предположение, что исследуемый радиовсплеск-предвестник формируется за счёт плазменного механизма излучения и по-видимому вызван пучком ускоренных электронов, распространяющимся в замкнутой магнитной структуре внутри активной области. Анализ эволюции структуры и топологии магнитного поля в родительской активной области вспышки М1.9 SOL2013-02-17T15:45 показал, что (а) предвспышечные предвестники-пульсации в потоке рентгеновского излучения перед основной вспышкой являются отдельными эпизодами энерговыделения с нагревом плазмы и ускорением электронов (по крайней мере в некоторых эпизодах), происходящими в различных магнитных структурах (петлях) активной области, а не проявлением магнитогидродинамических волн, как часто предполагается; б) последовательность эпизодов предвспышечного энерговыделения и основной вспышки связана с нестационарным (эпизодическим) магнитным пересоединением в окрестности трехмерных нулевых точек в короне, формирующихся за ~2 ч до вспышки на высоте ~4-8 Мм над фотосферой вследствие изменения геометрии магнитного поля из-за систематического смещения двух центральных солнечных пятен относительно друг друга и относительно более крупных почти неподвижных пятен по краям квадрупольной системы. Предварительный анализ изгибных осцилляций корональных петель перед пятью мощными (М-Х классов) вспышками пока не позволил выявить явные закономерности. Тем не менее, в четырёх событиях перед основными вспышками в родительских активных областях обнаружено наличие продолжительных (~1 ч и более) незатухающих осцилляций корональных петель c частотами в диапазоне 3-6 мГц (периоды ~2.8-5.6 мин). В трех из четырех событий помимо этого обнаружены продолжительные (30—40 мин) осцилляции в диапазоне частот 1-2 мГц (периоды ~8.3-16.7 мин). В двух событиях осцилляции перестают наблюдаться перед официальным началом (за 15-50 мин) основной мощной вспышки, а в двух других событиях осцилляции перестают быть видимыми уже после начала основной вспышки в окрестности начала ускорения эрупции и импульсной фазы. Причины этих осцилляций и связь с предвспышечными процессами в АО пока остаются загадкой. Для дальнейших выводов, особенно для оценки прогностического потенциала осцилляций, необходимо провести рассмотрение большего числа АО с мощными вспышками и сравнить результаты для контрольной выборки без мощных вспышек. Также, в рамках проекта был проведён детальный анализ квазипериодических пульсаций жёсткого рентгеновского излучения во время мощных солнечных вспышек SOL2014-04-18 и SOL2014-10-22. Оказалось, что характер пульсаций различается для вспышечных событий с простой и сложной топологией магнитного поля. С помощью численного моделирования были изучены механизмы, ответственные за модуляцию потоков ускоренных электронов. Было показано, что наблюдаемые квазипериодические пульсации жёсткого рентгеновского излучения не могут быть объяснены только модуляцией конуса потерь, вариациями концентрации плазмы, бетатронным и Ферми-ускорением электронов, вызванным распространением быстрых магнитозвуковых волн вдоль вспышечных петель. Результаты исследования указывают на то, что наиболее вероятной причиной многопиковых структур жёсткого рентгеновского излучения с переменной амплитудой является сочетание энерговыделения в различных пространственно-разнесённых магнитных петлях и осцилляций в отдельных вспышечных петлях. Проведен многоволновой анализ «слабой» солнечной вспышки SOL2017-09-07T184140 (C4.5), имеющей одиночный импульсный пик жесткого рентгеновского излучения и небольшой тепловой отклик. Таким образом, это событие идеально для изучения вспышечной энергетики и нетепловых проявлений в случае, когда тепловой отклик плазмы мал. Для оценки тепловой энергии относительно теплой плазмы проведен анализ SDO/AIA данных с помощью определения дифференциальной меры эмиссии. Для оценки тепловой энергии горячей плазмы и нетепловой энергии использованы Fermi/GBM данные. Сравнение полученных тепловой и нетепловой энергий с модельными значениями показало, что солнечная вспышка имела сложную многопетлевую структуру, где присутствовало взаимодействие, как минимум, трех петель. Наличие нетепловых электронов было обнаружено в двух разнесенных источниках. Показано, что вклад нетепловой энергии достаточен для постимпульсного нагрева во вспышке нетепловыми электронами.