CC BY
34
□ □
УДК.537.591
А. Т. Филиппов, В.Е. Тимофеев
ВСПЫШКА СОЛНЕЧНЫХ ЭНЕРГИЧНЫХ ЧАСТИЦ 20 ЯНВАРЯ 2005 ГОДА
Исследуются особенности возрастания потока энергичных частиц с Е > 1 ГэВ от солнечной вспышки 20.01.05 г. В этом событии наблюдается анизотропия потока частиц, имеющая по данным некоторых станций двугорбую структуру временной зависимости в максимуме интенсивности частиц. Подобное событие имело место 7.05.78 г. На основе предварительного анализа данных можно дать два объяснения наблюдаемой особенности события. Во-первых, наблюдаемая анизотропия интенсивности частиц может являться следствием коллимации потока частиц в неоднородностях ММП. Во-вторых, такое поведение интенсивности в максимуме обусловлено особенностью источника ускорения частиц в самой солнечной вспышке.
Введение
Недавно вблизи минимума своей активности на Солнце произошли 3 мощные хромое ферные вспышки в конце октября и начале ноября 2003 г. [1]. Эти вспышки сопровождались возрастанием интенсивности энергичных частиц на уровне Земли и магнитными бурями через 1,5^2 суток после солнечных вспышек. Вспышки солнечных космических лучей (КЛ) сЕ > 1 ГэВ 28, 29 октября и 2 ноября были зарегистрированы станциями Тикси и Якутск.
Такие многократные вспышки на Солнце с генерацией релятивистских частиц наблюдаются крайне редко, имеется всего несколько подобных событий за 50 лет непрерывного наблюдения по данным станций КЛ.
Практически в минимуме активности на Солнце неожиданно 20 января 2005 г. произошла следующая мощная вспышка с генерацией энергичных частиц. По величине амплитуды возрастания солнечных КЛ она входит в десятку самых крупных событий энергичных частиц солнечного происхождения.
Известно, что солнечные вспышки чаще происходят на ветвях подъема и спада 11-летнего цикла солнечной активности. Проишедшие недавно события показывают, что эта закономерность не всегда соблюдается.
Ниже кратко приведены основные характеристики возрастания энергичных частиц 20 января 2005 г. по данным станций КЛ Тикси и Якутск с привлечением данных станций мировой сети, прямых наблюдений солнечных вспышек и межпланетного магнитного поля (ММП). Предлагается возможное объяснение наблюдаемых особенностей данного события.
Результаты
Как показывают прямые измерения между 0600 и 0700 ит, на Солнце наблюдалась серия крупных хро-мосферных вспышек с координатами 65°^67° W [2].
Около 0636 ИТ околоземные спутники зарегистрировали в ренгтгеновском излучении, затем почти сразу наблюдается приход протоков в диапазоне энергий 10 < Е < 400 МэВ. Показатель энергетического спектра был очень жестким и имел значение порядка 2,15^2.18. В отличие от низких энергий возрастание энергичных частиц с Е > 1 ГэВ имело мягкий спектр, как видно из рис. 1, события практически не наблюдались над уровнем моря по данным мезонных телескопов станции Якутск.
А,%
1 1 1 ......................................... і і і , , .............
Ш -17 48------19 20 — т------------------------------22 2Т-24-25
январь 2005 г.
Рис. 1. Вариации интенсивности космических лучей 20.01.2005 г., по данным Якутского комплекса установок
На рис. 2 приведены 5-минутные данные нейтронных супермониторов станции Тикси и Якутск. Как видно из рисунка, возрастание началось на станции Тикси 0655 ИТ, на станции Якутск в 0650 ИТ. Амплитуда возрастания энергичных частиц была 85% и 63% соответственно от довс-пышечного уровня. По данным одноминутной регистрации станции Анатиты, степевозрастание энергичных частиц имело амплитуду 200%.
Рис. 2. Временная зависимость амплитуды солнечных энергичных частиц по 5- минутным данным станций КЛ Тикси и Якутск
Следует отметить, что поток энергичных частиц достиг своего максимума в течение 10 минут, что крайне редко для таких событий. Если посмотреть по одноминутным данным станций южный полюс (South Pole), Мак Мердо (Mc Murdo) и Ньюарк (Newark), возрастание до максимума длилось всего 5-6 минут. Более того, по данным некоторых станций (рис. 3), пик возрастания имеет тонкую структуру с двумя максимумами между 0650 и 0710 UT. При этом первый максимум больше по амплитуде, чем второй, по данным одних станций, и, наоборот, - по данным других станций. Таким образом вспышка солнечных КЛ по данным наземных станций имеет, кроме большой амплитуды, еще две особенности: во-первых, это экстремально быстрое возрастание до максимума интенсивности и спад после первого максимума и, во-вторых, - двой-
А ’
ы
10
г-L
т
3
г* и
ит
20.05.05
Рис. 3а
Рис. 3. Временная зависимость амплитуды солнечных энергичных частиц по 1- минутным данным станций мировой сети: Инювик и Ньюарк
ной максимум этого возрастания энергичных частиц. Эти наблюдаемые две особенности данного события не позволяют описать его моделью анизотропной диффузии [3], [4] как единое событие. Такой экстремально анизотропный поток релятивистских частиц от солнечных вспышек за весь период наблюдений регистрировался только во время событий 18.11.1960 г., 29.09.89 г. и 3.05.1978 г. [5].
Обсуждение результатов
Возникает вопрос, как объясняется такое необычное поведение потока наблюдаемых частиц от солнечной вспышки 20.01.2005 г. Применение модели анизотропной диффузии [4] к первому максимуму, по данным станции Мак Мердо, для определения времени инжекции частиц на Солнце дает значение 1 = 0636 ИТ. В этом случае время распространения частиц от источника до Земли 12^16 минут, что вполне приемлемо для релятивистских частиц от источника с западными долготными координатами. Время инжекции для второго возрастания, по данным станций Инювик и Ньюарк, дает значение 1 = 0643 ИТ. Это, как нам кажется, указывает на наличие повторного ускорения частиц либо второго источника энергичных частиц. В пользу этой версии говорит тот факт, что спад интенсивности также происходит по двум степенным законам (рис. 3). Таким образом, два максимума
20.01.05
Рис. 36 Мак-Мердо, Форт Смит
потока частиц можно объяснить наложением временных профилей интенсивности от двух источников, либо солнечная вспышка дважды генерировала энергичные частицы. Наблюдения на Солнце показывают, что в это время наблюдались значительные хромое ферные вспышки в На и в мягком рентгене в области N 4270 началом в 0635 ИТ, 0639 ИТ и 0641 ИТ с координатами N 12°, W 58°.
Одним из альтернативных объяснений необычной анизотропии потока энергичных частиц является то, что станции КЛ на Земле наблюдают коллимированный пучок частиц в ММП, который, в свою очередь, колеблется с определенной частотой. Однако отсутствие полных данных ММП не позволяет однозначно утверждать в пользу такого объяснения.
Выводы
На основе предварительного анализа особенностей вспышки энергичных частиц 20.01.05 г., можно сделать следующие выводы:
1. Источником энергичных частиц является солнечная вспышка с западными долготными координатами.
2. Возрастание частиц в максимуме имеет два выраженных пика интенсивности.
3. Наблюдаемое событие может быть объяснено как наложение двух источников генерации быстрых частиц либо двухкратной генерацией энергичных частиц в одной активной области.
В заключение выражаем благодарность В.П. Чупро-вой за помощь по обработке данных и П. А. Кривошапки-ну за полезные обсуждения результатов анализа.
Литература
1. Филиппов А.Т. и др. Анализ возрастаний интенсивности солнечных энергичных частиц в октябре-ноябре 2003 г. // Тезисы докладов 28-й Всероссийской конференции по космическим лучам. М., 2004. С. 125.
2. htt:/ solar wind. cosmos. ru/ materials. htm. 2005.
3. Крымский Г.Ф. Диффузия космических лучей от Солнца. Исследование по геомагнетизму и аэрономии. М.: Наука, 1966. С. 143-146.
4. Burlaga S. M. Interplanetary Diffusion Model for the Time Behaviour of Intensity en Solar Cosmic Ray. J. Geophys Res., 1967, V.72.P. 4449-4466.
5. Крымский Г.Ф., Филиппов А.Т. и др. Вспышка космических лучей 29 сентября 1989 г., по данным Якутского комплекса установок. Доклады АН СССР. Москва, 1990. Т. 314. № 4. C. 824-826.
A.T. Filippov, VE. Timofeev
Increase of the Solar Energetic Particle Flux on January 20, 2005
Peculiarities of the increase of E > 1 GeV particle flux with during on the solar flare on January 20, 2005 are studied. In this event the extreme anisotropy of particle flow has two peaks in the intensity maximum as in the case May E > 1 GeV 7 1978. On the basis of preliminary analysis of data one can explain the observed peculiarity of the event by two ways. Firstly, the anisotropy of particle intensity can be a consequence of collimation of particle flux in IMF magnetic inhomogeneties carried away by the solar wind. Secondly, such a behavior of intensity in maximum is caused by the peculiarity of particle acceleration source in the solar flare itself.
J J J
