Гелиоширотные особенности околосолнечной плазмы в области формирования сверхзвукового солнечного ветра тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ



на

; 11 и ->

- Ц -.Л > -ИНСТИТУТ ЗВЩОГО МАГНЕТИЗМА, ИОНОСФЕРЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ 'НАУК

На правах рукописи

УДК 523.62-726

КОРЕЛОВ ОЛЕГ АНАТОЛЬЕВИЧ

ГЕЛИОШИРОТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОКОЛОСОЛНЕЧНОЙ ПЛАЗМЫ В ОБЛАСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СВЕРХЗВУКОВОГО СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА

С 0.1.03.02 - радиоастрономия, астрофизика )

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Российской Академии наук

Научный руководитель

доктор физико-математических наук Лотова H.A. Оффициалыше оппоненты:

доктор физико-математических наук Степанов A.B.,

доктор физико-математических наук Чашей И.В.

Ведущая организация: -

Инотитут радиотехники и электроники Российской Академии наук

Защита диссертации соотоится и_30« и^^эт**- 1993 г. в IЧ час. ЗО мин. на заседании Специализированного совета Д.002.83.02 в ИЗМИРАН по адресу: .142092, Московская облаоть г. Троицк, ИЗМИРАН.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ИЗМИРАН

Автореферат разослан » ¿4 ■» " 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат физ.-мат. наук

Е.А. Ерошенко

„ ОБЩАЯ ЫРАКСТИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена экспериментальному исследованшо . крупномасштабной гелиоширотной структуры межпланетной плазмы вблизи Солнца, в области, где происходит формирование сверхзвукового потока солнечного ветра. Эксперименты основаны на использовании метода просвечивания и связаны с развитием той его модификации, в которой изучаются видимые угловые размеры просвечивающих источников, угол рассеяния радиоволн. В экспериментах 1988-1991 гг. было осуществлено массовое зондирование околосолнечной плазмы с привлечением одновременно нескольких просвечивающих источников, сближающихся с Солнцем на различных гелиошротах.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ И СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Задача, которой посвящена диссертация, связана с проведением большого объема рег:.гярных, продолжительных экспериментов по исследованию межпланетпой плазмы в труднодоступной области близких к Солнцу расстояний, где происходит основное ускорение солнечного ветра и переход от дозвукового течения плазмы к сверхзвуковому. Важность экспериментального изучения этой области . связана с проблемой формирования сверхзвукового солнечного ветра, которая является одной из центральных, в солнечной физике. Широко используемая в литературе теория солнечного ветра,' предложенная Е.М.Паркером в 1958 году, находится в согласии с данными наблюдений в наибе :ее близких к Солнцу областях, й ^ 2 й , и на больших расстояниях от Солнца, К - 1 а.е., вблизи Земли. Что же касается промежуточной области радиальных расстояний й ~ 5 - 40 йв , наиболее интересной в проблеме исследования--процесса формирования солнечного ветра, ' то здесь предсказания теории и данные наблюдений не согласуются. Механизм ускорения солнечного ветра', таким образом, изучен недостаточно. Для понимания процесса требуются более подробные экспериментальные данные.- Интерес к исследуемой проблеме связан также с тем, что в изучаемой области на ранних этапах формируются солнечно-земные связи. Таким образом, знание конкретного состояния околосолнечной плазмы, изучаемое в диссертации, имеет важное научное и прикладное значение. Между тем, область близких к Солнцу радиальных расстояний Я.я 40 й изучена сравнительно мало.

Исследование межпланетной плазмы в близких к Солнцу областях стало возможно в начале 50 - ых годов, когда В.В.Виткевич и А.Хыс.гз независимо предчожили .метод, ' 'сойог'-Ч'Лй на щясвечиа&Ш'.;!

-А--

околосолнечной среды радиоизлучением компактных источников. Отметим, что близкие к Солнцу области межпланетного пространства, изучаемые методом просвечивания, недоступны для прямых исследований с помощью космических аппаратов. В результате експериментов с использованием метода просвечивания была открыта сверхкорона Солнца, были получены данные о характеристиках мелкомасштабных неоднородностей влектронной концентрации.обнаружено межпланетное магнитное поле и солнечный ветер [1,2]. В 70-80 - ые годы о использованием новых методов, радиоастрономических и радиофизических, начался новый етап исследования солнечного ветра, связанный с изучением механизма его формирования. В 1976 году во время полета советской межпланетной станции "Венера - 10" при просвечивании околосолнечной плазмы когерентными радиосигналами дециметрового и сантиметрового диапазона длин волн впервые были получены данные о радиальной зависимости скорости солнечного ветра, ширины линии радиосигнала, пропорциональной уровню турбулентности плазмы, о форме пространственного спектра флуктуация влектронной концентрации [3]. Позднее были осуществлены программы радиопросвечивания околосолнечной среды о применением космических аппаратов "Венера -11-16", Viking,. Mariner, Pioneer, Helios', Voyager, исследовавших свойства солнечного ветра в области радиальных расстояний R ~ 6 -100 R0 . Применение новой модификации метода просвечивания, связанной о исследованием мерцаний мазерных источников в линии водяного пара на длине волны X = 1.35 см, позволило впервые получить данные о радиальной зависимости индекса мерцания в наиболее близких к Солнцу областях, на расстояниях й - 3-20 й0 [4]. В -результате комплексного изучения околосолнечной плазмы о использованием различных модификаций метода просвечивания было обнаружено новое явление - существование на расстояниях R ~ 10 - 30 R0 от Солнца протяженной физически выделенной переходной области солнечного ветра, в которой происходит переход от дозвукового к сверхзвуковому течению плазмы [5]. В втой области возникает сильное увеличение скорости солнечного ветра, происходит изменение характеристик неоднородностей плазмы, ренима. турбулентности '[6]. Солнечный ветер имеет неоднородную струйную структуру. Поэтому в

переходной области осуществляется режим сметанного течения, при котором в пространственно близких областях сосуществуют и взаимодействуют дозвуковые и сверхзвуковые потоки. Положение переходной области изменяется во времени в соответствии с изменениями солнечной активности.

Таким образом, полученные экспериментальные данные свидетельствуют о сложности процессов, протекающих в околосолнечной плазме в области формирования сверхзвукового солнечного ветра. Вследствие этого более развернутое,, регулярное и подробное экспериментальное изучение околосолнечной среды является весьма актуальной задачей. Для понимания процессов ускорения солнечного ветра требуется дальнейшее развитие теории, с учетом влияния струйной структуры потока. Это обстоятельство также определяет необходимость развития экспериментальных исследований околосолнечной плазмы. Одним из етапоэ в решении этой сложной задачи является исследование крупномасштабной гелиоширотной структуры околосолнечной плазмы, которой посвкцена диссертация.

ОСНОВНЫЕ ПЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Целью диссертации является экспериментальное изучение гелиоширотной крупномасштабной структуры околосолнечной плазмы в- широком интервале гелиоцентрических расстояний И - 5-80 Изучение основано на проведении автором в период 1989.-1991 гг. регулярных экспериментов по массовому зондированию околосолнечной плазмы. Наблюдения проводились на длине волны X = 2.92 м в режиме сильного рассеяния радиоволн.

В диссертации решались следувдие' задачи: проведение регулярных- наблюдений по измерению угла рассеяния радиоволн на околосолнечной плазме.

обработка результатов наблюдейий и полученние радиальных зависимостей угла рассеяния в(Н)

исследование крупномасштабной структуры солнечного ветра в области дозвукового течения, на расстояниях меньше или порядка 10-16 , в переходной области, й ~ 10-35 й0 , и в области сверхзвукового течения вплоть до расстояний И ~ 80

Н0ВИЗНА_РАБ0ТЫд В исследованиях пространственного расположения переходной области солнечного вет^а и структуры близких к Солнцу областей межпланетной ..плазмы впервые осуществлены эксперименты по массовому зондированию околосолнечной . шгазмы . с использованием в

каждой серии наблюдений одновременно нескольких, порядка 6-10, просвечивающих источников, сближающихся о Солнцем на различных гелиоширотах. В результате удалось охватить исследованиями широкую, лорядка ± 60°, облаоть гелиошрот, которая недоступна для радиофизических экспериментов о применением коомических аппаратов.

По результатам измерений удалось получить в рамках единой продолжительной серии наблюдений надежные данные о радиальных зависимостях угла раосеяния 0(R) для различных разрезов околосолнечного пространства в широкой облаоти радиальных расстояний 5-80 Re . На втой основе определено расположение в околосолнечном постранстве переходной области, восстановлена двумерная структура околосолнечной плазмы и обнаружено существование повторных, расположенных за переходной областью, усилений уровня раосеяния в облаоти сверхзвукового потока солнечного ветра. Пространственное расположение повторных максимумов обнаруживает корреляционную взаимосвязь со структурой переходной области.

НАУЧНАЯ И ПРАКТИ^СКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. На основании проведенных исследований получены конкретные данные о состоянии околосолнечной плазмы в широкой области гелиошрот |р| < 60° в интервале гелиоцентрических расстояний R - 5-80 R0. Полученные данные могут быть использованы:

1) для исследования солнечно-земных связей,

2) для оценки искажений радиосигналов вследствие влияния околосолнечной среды при осуществлении дальней космической связи,

3) для дальнейшего развития теории формирования сверхзвукового солнечного ветра,

4) при исследовании методом просвечивания временных флуктуаций уровня рассеяния радиоволн в галактической среде.

СТЕПЕНЬ ДОСТОВЕРНОСТИ. Обоснованность и достоверность полученных результатов и сделанных на их основе выводов подтверждается:

а) использованием адекватной методики наблюдений и обработки результатов,

б) анализом возможных систематических ошибок и точности наблюдений, bJ анализом большой статистики походных экспериментальных данных,

г) согласием результатов, полученных в ходе нескольких, независимых серий наблюдений.

д) сопоставлением с литературными данными о радиоастрономических и радиофизических экспериментах в различных модификациях метода просвечивания.

АВТОР ВЫНОСИТ НА. ЗАЩИТУ

1. Проведение в 1989-1991 годах экспериментов по массовому зондированию околосолнечной плазмы в широком интервале гелиоширот |<р| ~ 0°- 60° и гелиоцентрических расстояний И - 5-80 Кэ .

2. Результаты наблюдений:

радиальные зависимости угла рассеяния радиоволн в(И); восстановение двумерной крупномасштабной структуры околосолнечной плазмы в дозвуковой и переходной областях солнечного ветра; обнаружение в радиальном профиле угла рассеяния 9(Н) повторных усилений уровня рассеяния в сверхзвуковом потоке.

3.Анализ результатов наблюдений: пространственой гелкоширотной структуры солнечного ветра в дозвуковой,- переходной областях и в сверхзвуковом потоке.

АПРОБАЦИЯ. Результаты работы докладывались . на семинарах лаборатории Радиоизлучения Солнца в Институте Земного Магнетизма Ионосферы и Распространения Радиоволн РАН, па 9-ом и 10-ом Вхегоднных семинарах "Физика Солнца и космическая электродинамика", г.Львов, 1990 г., г.Пущино, 1991 г., на семинаре "Физика солнечной активности. Радиофизические исследования солнечного ветра и планет", г. Пущино, 1990 г., на совещании рабочей группы "Радиация и строение солнечной атмосферы" Совета "Солнце' - Земля" и Астросовета, г. Львов, 1991 г., на секции "Солнечный ветер и межпланетное магнитное поле" МГК АН ЙССР, г. Пущино, 1991г., на 3-ем Коллоквиуме МАС "Солнечный Ветер 7", г. Госляр, ФРГ, 1991 г., 'на Межрегиональной конференции "Радиофизические метода исследования солнечной системы", г.Нижний Новгород, 1992-г.

СТРУКТУРА__РАБОТЫ. Диссертация содержит 98 страниц

машинописного текста, 52 рисунка, б таблиц и состоит из Введения, 5 глав, Заключения и списка литературы;

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во Введении определены задачи диссертации, обоснована ее актуальность и приведен обзор литературы по исследованиям околосолнечной плазмы.

В первой_главе рассматривается методика вкспериментов по изучению околосолнечной плазмы. Изучение проводится методом просвечивания в той его модификации, которая основана на измерении угла рассеяния радиоволн. Радиоизлучение просвечивающего источника при распространении через околосолнечную плазму рассеивается на мелкомасштабных неоднородностях электронной концентрации. Наблюдаемым проявлением вффекта рассеяния является увеличение видимых угловых размеров источника :

в* = в3 + еа , ( 1 )

О о

где в - собственные угловые размеры источника, 6 - угол рассеяния

о

радиоволн.

В вкспериментах, проведенных в 1988-1991 гг., исследовалась зависимость величины угла рассеяния в от В - прицельного расстояния луча зрения на просвечивающий источник. . Согласно теории распространения радиоволн в случайно неоднородных .средах величина угла рассеяния зависит от эффективного размера неоднородностей и среднеквадратичных значений флуктуаций электронной концентрации. Таким образом, данные о значении угла рассеяния позволяют исследовать важные статистические характеристики околосолнечной плазмы.

В измерении угла рассеяния использовался радиотелескоп ДКР -1000 РАС ФИАН, г. Пущино. Наблюдения проводились на частоте I = 102 МГц, длина волны X = 2.92 ы. В качестве приемника использовался корреляционный радиометр с шириной полосы приема =2 МГц. и постоянной времени X = 1.2 с. Радиотелескоп ДКР-1000 работал в режиме интерферометра с возможностью выбора режима наблюдения, обеспечивающего наиболее аффективные условия по уровню чувствительности радиотелескопа и по ширине диаграммы направленности интерферометра. В экспериментах использовались два режима: в первом интерферометр был образован двумя отдельными секциями линии полотна Восток-Запад, с базой (1 =910 м, что определяет ширину главного

1 г

лепестка диаграммы направленности интерферометра, равную .13 Эффективная площадь антенны при этом сравнительно невелика: А4=733

ма, и минимальная чувствительность по потоку:

Б, -5-10 (Ян) . (2)

т 1 п , 1

Во втором режиме антеннами интерферометра служили две половины

полотна линии Восток-Запад, каждая из которых была образована

объединением восемнадцати отдельных секций радиотелескопа. Длина

базы интерферометра при таком включении равна с1 = 476 м, ширина

^ /

главного лепестка диаграммы направленности - 25 . Эффективная площадь антенны составляет А2 = 6500 м2, что обеспечивает чувствительность по потоку:

в, , - 0.5-1.0 ( Ян ) . ( 3 )

га 1 п , 3

Для обоих режимов работы ширина главного интерференционного лепестка радителескопа много меньше угловых размеров радиодиска Солнца, что и обеспечивает возможность проведения затменных наблюдений. В качестве просвечивающих источников использовались квазары и мощный источник ЗС 144. В соответствие с условиями (2),(3) в первом режиме наблюдения использовался источник ЗС 144, во втором - отобранные квазары. Геометрия сближения источников с Солнцем рассчитывалась на ЭВМ ЫША-60: для каждого просвечивающего источника на заданный день наблюдения определялись прицельное расстояние й и гелиоширота (р. Расчет геометрии сближения позволяет выбрать 'для каждой серии наблюдений источники, просвечивающие околосолнечную среду в широком интервале гелиоширот. В 1988-1991 гг. было проведено 10 продолжительных серий наблюдений. Наблюдения в каждой серии велись ежедневно в течении 4-5 часов. Все просвечивающие источники последовательно проходили в кульминации через диаграмму направленности интерферометра. Помимо затменных, наблюдались также калибровочные источники, расположенные на больших угловых расстояниях от Солнца, где рассеяние на неодаородностях межплананетной среды пренебрежимо мало. С целью проверки постоянства уровня усиления приемной аппаратуры измерялась ширина шумовой дорожки записи при подлючении ко входу приемника калибровочного шумового сигнала Т„ = 300 К от согласованной нагрузки. Данная

1С

методика проведения наблюдений обеспечивает .получение надежных данных, позволяющих определить величну угла рассеяния для каждого просвечивающего источника на заданный день наблюдений.

Во второй__главе рассмотрена методика обработки данных

наблюдений, расчета величины угла в, по измененным рзосеяга^м

значениям амплитуда интерферешсаднной картины М. Метол р. ссчета угла рассеяния основан на сопоставлении двух величгн: амплитуды интерферограммы при прохождении просвечиващего источника вблизи Солнца М, и той ко амплитуды на больших угловых расстояниях от Солнца М0, когда вкладом рассеяния можно пренебречь. Значения величины М определялось по записям затменных источников, исправленных за фазовые искажения диаграммы направленности интерферометра, вызванные неравенством электрических длин в его плечах. Отличный ог нуля фазовый сдвиг диаграммы направленности Ф вносит асимметрию в интерференционную картину, в этом случае искомая величина М не равна измеряемой величине отклика интерферометра в максимуме Мпзм , и необходимо найти значение коэффициента пересчета от измеренного значения амплитуды интерферограммы М к искомой

ИоМ ^

величине М, коэффициента £. Методика расчета коэффициента 5 основана на сопоставлении откликов интерферометра полученных в ходе наблюдений и теоретически рассчитанных. На записи источника вблизи кульминации находились экстремумы, значения откликов интерферометра в них измерялись, и подставлялись в выражение, описывающее диаграмму направленности интерферометра. Полученная система из двух уравнений с двумя неизвестными величинами ( М и Ф ) решалась относительно М. Значения коэффициента позволяющие рассчитать искомую величину М, были затабулированц и представлены в диссертации в виде таблицы, в зависимости от измеряемых значений отклика интерферометра в экстремумах записи.

Для определения калибровочной амплитуды М0 проводились наблюдения калибровочных источников, удаленных от Солнца на большие угловые расстояния. Такая методика определения величины М0 , в отличие от применявшейся раннее, основанной на допущении, что на расстояниях В г 30 в метровом диапазоне длин волн рассеяние пренебрежимо мало, свободна от каких-либо априорных предположений о рассеивающих свойствах солнечного ветра в указанной области радиальных расстояний, вдали от Солнца. Таким образом, используемая в диссертации методика позволяет изучать рассеивающие свойства солнечного ветра в широком интервале радиальных расстояний, как в области дозвукового течения и в переходной области, так и в области сверхзвукового течения вплоть до расстояний порядка 80 солнечных радиусов. По данным наблюдений калибровочных источников строилась калибровочная зависимость радиотелескопа М0(Б), где Б - плотность потока радиоизлучения, с помощью которой для каждого источника

- -и - -

определялось соответствующее•ему значение калибровочной амплитуды М0. По найденным таким образом значениям величин М0 и М рассчитывался угол рассеяния 9.

Обоснованность и достоверность полученных результатов во многом зависит от тщательного учета реальных погрешностей измерения угла рассеяния. Ошибка определения величины 9 складывается из ошибки измерения амплитуды интерферограммы М, и из ошибки вычисления величины калибровочной амплитуды М0. Погрешность определения величины М зависит от чувствительности радиотелескопа и определяется шириной шумовой дорожки записи, а погрешность определения калибровочной амплитуды М0 складывается из ошибки вычисления значения коэффициента а, который характеризует наклон калибровочной зависимости М0(Б)= а-Б , и из ошибки, вызываемой остаточным рассеянием радиоизлучения калибровочных источников на больших угловых расстояниях от Солнца. Анализу втих ошибок посвящен параграф 4.4 диссертации. В результате показано, что применение описанной выше методики обеспечивает высокую точность определения значения угла рассеяния: значение 90"/-ого доверительного интервала Ьв не превосходит 0.5-1.0 угловых минут. Указанное значение величины Д9 относится к наименьшим измеряемым значениям угла рассеяния, 9 - 1' угловой минуты. Для средних, типичных значений угла рассеяния, полученных в проведенных экспериментах, 9 - 4-6 , точность измерений возрастает, Л9 £■ 0.2-0 .'5. Приведенные значения доверительного интервала обеспечивают измерения угла рассеяния с точностью порядка 5-10%. Это позволило исследовать рассеивающие свойства околосолнечной плазмы. в широкой области радиальных расстояний И з 80 .

В третьей главе приводятся основные результаты экспериментов по массовому зондированию околосолнечной плазмы. В 1989-1991 годах автором было проведено, 9 продолжительных ( от одного до трех месяцев) серий наблюдений по изучению радиальной зависимости угла рассеяния 9(Ю. В этих экспериментах, в отличие от более ранних исследований, для изучения близких к,Солнцу областей среды применено массовое зондирование - в каждой серии наблюдений одновременно использовалось несколько, шесть-десять, просвечивающих источников. В результате получен обширный . экспериментальный материал: 40 радиальных зависимостей угла рассеяния (НЮ в области И - 5-80 Я для различных сечений околосолнечного пространства в широком интервале гелиоширот I?! - 0о-б0°. Полученные данные о р^яиа-пк'З

зависимости о(Ю послужили основой для дальнейшего анализа.

По типу зависимости в(И) можно выделить три различные области, соответствующие трем режимам течения: область дозвукового течения, переходную область и область сверхзвукового течения. В области дозвукового солнечного ветра радиальная зависимость угла рассеяния является степенной:•

в (Н) - Н " 1,6 . ( 4 )

На внутренней, ближней к Солнцу, границе переходной области возникает узкая, о шириной ДЯ £ 3-4 Н0, область резко сниженных значений угла рассеяния, за ней - протяженная, М ~ 10-20 область повышенных по сравнению о асимптотическим уровнем <4) значений угла рассеяния. Сопоставление полученных данных о зависимости 6Ш) с асимптотической зависимостью (4), позволяет определить положение границ переходной области, внутренней, й , и внешней Нотто„, . Расположение границ переходной области определяет область дозвукового течения на расстоянях И < !*„„ и область сверхзвукового течения, Л > Й„„„т. Полученные в диссертации данные

шгеЦ1

показывают, что положение границ переходной области изменяется в широких пределах в зависимости от гелиошироты. |

В экспериментах 1988-1991 гг. рассеивающие свойства среды изучались в более широкой, чем в предшествующих наблюдениях, области радиальных расстояний й 5 80 И0, что дало возможность исследовать радиальные профили угла рассеяния в области сверхзвукового течения. По наблюдениям большого числа просвечивающих источников обнаружено, что помимо известного усиления рассеивающих свойств среды в переходной области на расстояниях й - 20-30 й0> в более удаленных областях солнечного ветра, в зоне сверхзвукового течения плазмы наблюдаются повторные усиления уровня рассеяния. Повторные усиления обнаружены в различных сериях наблюдений, разделенных во времени, они наблюдаются на различных гелиоширотах и при различных состояниях активности Солнца. Это позволяет рассматривать повторные уоиления уровня рассеяния как устойчиво воспроизводящееся явление.

Полученные в третьей главе данные о радиальных зависимостях угла рассеяния радиоволн, о расположении границ переходной области солнечного ветра и повторных усилений уровня рассеяния в зоне сверхзвукового течения использованы ниже, в главах 4,5 для восстановле1шя крупномасштабной гелиоширотной структуры околосолнечной плазмы. . 1

В четвертой__главе проводится восстановление и исследование •

крупномасштабной гелиоширотной структуры солнечного ветра в переходной области на расстоянии В - ю-40 Но и области дозвукового течения, й - 10-16 йо . На основании полученных в диссертации данных о расположении границ переходной области в 1)988-1991 гг., приведенных в главе 3, построены двумерные карты» иллюстрирующие положение переходной области в околосолнечном пространстве. На каждой карте суммированы результаты всех проводившихся я пределах одного года серий наблюдений. Данные кавдой серии отражают структуру' переходной обасти, усредненную за период 1-3 месяца. Показано,, что расположение границ переходной области в околосолнечном пространстве существенно отличается от сферически-симметричного. Тек на рио.1 в качестве примера приведена карта переходной области, воостановленная по наблюдениям 1991 года г кружками обозначено положение границ переходной области по наблюдениям в тоне-августе» квадратами - в сентябре-октябре. Рис. 1 наглядно показывает, что пространственная структура переходной области имеет сложный вид о ярко выраженными деталями, с северо-южной и восточно-западной - асимметрией. Структурные детали и анизотропия в расположении границ характеризуют крупномасштабную гелиоширотную структуру переходной области. Сопоставление данных о расположении границ переходной области, полученных по наблюдениям 1988-1991 гг., показало» что геометрия переходной области испытывает значительные изменения от одной серии наблюдений к другой. Положение границ и сирина переходкой области из меняются в широких пределах: удаление внутренней пзалицы переходной области от Солнца изменяется в пределах от 10 до 25

И ^ (

'-.Щк 1 в1 г к

зо с зо

Рис.1 Крупномасштабная структура переходной области солнечного ветра по измерениям 1991 "'ода.

- -f»- -.

оолнечных радиусов» внешней границы - от 22 до 45 солнечных радиусов. Общим, характерным свойством всех двумерных карт переходной области, подтвержденным всей совокупностью проведенных наблюдений, является существование структурных особенностей, деталей и #симметрия расположения внутренней и внешней границ. ; Ценным источником информации о структуре течения солнечного ветра вблизи Солнца являются результаты сопоставления гелиоширотных структурных особенностей плазмы в переходной области и в области дозвукового течения. Выше, в главе 3, было определено расположение облаем дозвукового течения солнечного ветра и определен асимптотический уровень рассеяния (4). По втим данным были построены контуры, характеризующие гелиоширотную структуру области дозвукового течения, контуры постоянного, фиксированного уровня рассеяния. По радиальному профилю ®(R) определялось расстояние от Солнца, на котором угол рассеяния в дозвуковой области принимает заданное конкретное значение 26 ' = Const. Контур фиксированного уровня рассеяния« "радиоизофота", иллюстрирует форму рассеивающей сверхкороны Солнца и, таким, образом, отражает структуру солнечного ветра в области дозвукового течения. Данные о расположении "радиоизофот" фиксированного уровня рассеяния в диссертации представлены в таблице и на рисунках в виде двумерных, гелиоширотных карто Приведенные в таблице и на рисунках данные показывают, что структура контура фиксированного уровня рассеяния существенно различается для разных гелиоширот. Таким образом, было установлено, что солнечный ветер в области дозвукового течения обладает крупномасштабной структурой, которая проявляется в асимметрии рассеивающих свойств сверхкороны Солнца, то-есть в значительном различии рассеивающих свойств среды на разных гелиоширотах. • Полученные в диссертации данные для четырех лет, 1988-1991 гг., показывают, что асимметрия сверхкороны на расстояниях R - 10-16 R^ выражена столь же ярко, как хорошо известная асимметрия короны.

Сопоставление двумерных карт, "радиоизофоты" и переходной области, показало, что гелиоширотная структура близких к Солнцу областей сверхкороны, на расстояниях R ~ 10 - 16 Re, имеет продолжение в крупномасштабной гелиоширотной структуре переходной области: гелиоширотная зависимость расположения границ переходной области повторяет основные черты формы "радиоизофоты". Ниже, в главе 5 диссертации, показано, что гелиоширотная структура областей повторного усиленарассеяния.на больших расстояниях от. Солнца, в

- -15--

сверхзвуковом потоке, является продожением структуры переходной области. Совпадение крупномасштабных деталей структуры плазмы в трех физически различающихся областях течения, дозвуковой, переходной и области сверхзвукового течения, свидетельствует о существовании единой крупномасштабной струйной структуры солнечного ветра вблизи Солнца. Струйная структура течения в переходной области, сохраняющаяся в широком интервале радиальных расстояний, является' убедительным аргументом в пользу существования специфического, физически выделенного режима течения плазмы, режима смешанного течения, характерного для области перехода от дозвукового течения к сверхзвуковому. Взаимодействие дозвуковых и сверхзвуковых потоков в переходной области является фактором, существенным для понимания процесса формирования солнечного ветра.

В пятой__гласе исследуется крупномасштабная пространственная

структура солнечного ветра в широкой области радиальных расстояний Я

- 80 Как было показано в третьей главе диссертации, радиальные профили угла рассеяния 6(Ю обнаруживают, что помимо увеличения уровня рассеяния, связанного с процессом ускорения солнечного ветра в переходной области, на больших расстояниях от Солнца, й г 40 в области сверхзвукового течения наблюдаются также области усиления турбулентности плазмы. В диссертации по данным о радиальном профиле угла рассеяния восстановлены двумерные карты расположения в околосолнечном пространстве максимумов рассеяния в переходной области и области сверхзвукового течения. Так на рис.2 показано их расположение по наблюдениям 1991 года: квадратами отмечено расположение первого максимума рассеяния, связанного с переходной областью, треугольниками и кружками- - соответственно, положение второго и третьего максимумов, расположенных в области сверхзвукового солнечного ветра. Рис.2 показывает, что расположение максимумов рассеяния по гелиошироте существенно анизотропно. Анализ особенностей гелиоширотной структуры областей усиления уровня рассеяния позволяет исследовать крупномасштабную струйную структуру солнечного ветра в целом, в широкой области радиальных расстояний И

- 20-80 йв . С этой целью проведен корреляционный анализ расположения первого максимума рассеяния, связанного с переходной областью, и повторных, второго и третьего максимумов. Показано, что корреляционная взаимосвязь между последовательными максимумами является существенной: значение соответствующих коэффициентов корреляции равно: К12 = 0.85, К2Э = 0.р0, К1Э= 0.75.

Рис.2 Крупномасштабная структура солнечного ветра: расположение в околосолнечном пространстве максимумов уровня рассеяния радиоволн по данным 1991 года.-

Таким образом, по результатам радиоастрономических вкспериментов 1989-1991 гг. в области радиальных расстояний й 40-80 й установлено существование крупномасштабной гелиоширотной структуры в сверхзвуковом потоке солнечного ветра. Сопоставление структурных одобенностй повторных максимумов рассеяния с картой переходной области, рис. 1,2, показывает, что структура областей повторных повышений уровня рассеяния является продолжением структуры переходной области. Струйная структура течения, существующая в области дозвукового течения и формирующая крупномасштабную гелиоширотную структуру переходной области, ускорении солнечного ветра и передается во межпланетного пространства, в сверхзвуковой поток вплоть до расстояний порядка 80 йв .

сохраняется при внешние области где сохраняется

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации: 1. Методом просвечивания исследована область перехода от

дозвукового течения к сверхзвуковому. Использованы одновременно несколько прсевечивакзш&х источников, проходящих вблизи от Солнца на

различны! гелиоширотах. По результатам десяти серий вкспериментов получены радиальные зависимости угла рассеяния радиоволн в широком ' интервале расстояний Л - 5 - 80 й0 .

. На этой основе: .

2. Восстановлена пространственная крупномасштабная структура переходной области солнечного ветра. Структура проявляется в анизотропии гелиоширотного расположения переходной области. Это, свидетельствует о наличии крупномасштабных потоков плазмы о различающимися скоростями течения. Доказано существование струйной структуры потока в переходной области.

3. Установлено, что дозвуковой солнечный ветер обладает крупномасштабной пространственной структурой: уровень турбулентности плазмы на разных гелиоширотах существенно различается. Эта структура передается во внзшние области околосолнечного пространства и определяет пространственные черты переходной области.

4. По наб-здению большого числа просвечивающих источников установлено существование на больших расстояниях от Солнца, за пределами переходной области, й а 40 Но , повторных усилений угла рассеяния радиоволн.

5. • Как следствие. существования в околосолнечной области крупномасштабных проникающих потоков плазмы,, пространственное расположение повторных максимумов рассеяния радиоволн повторяет .основные черты структуры переходной области. Крупномасштабная струйная структура солнечного ветра, формирующаяся на малых расстояниях от Солнца, в области дозвукового течения, сохраняет свои черты в процессе ускорения солнечного ветра и передается далее в область сверхзвукового течения вплоть до расстояний Я - 80 Лв .

- -16 - -

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ_В РАБОТАХ:

1. Лотова H.A., Корелов O.A., Писаренко Я.В., Медведева О.П. Протяженная структура переходной области солнечного ветра. // Гееомагн. и аэрон.- 1991.- Т.31.- N 2,- С.223-227.

2. Лотова H.A., Корелов O.A., Писаренко Я.В. Пространственная структура переходной области солнечного ветра. // Известия ВУЗов. Радиофизика.- 1991.'- Т.26.- N 9.- С.971-974.

3. Лотова H.A., Корелов O.A., Писаренко Я.В. Процесс формирования сверхзвукового солнечного ветра. // Геомагн. и аерон.- 1992.-Т.32.- N 3.- С.78-84.

4. Лотова H.A., Юровская И.Ю., Корелов O.A. Крупномасштабная струйная структура солнечного ветра во внутренней гелиосфере. // Межрешональнальная конференция ''Радиофизические методы йсследования солнечной системы". Тезисы докладов.- 1992.- г. Нижний Новгород.- с.62.

5. Lotova N.A., Korelov O.A. The large-eoale configuration oí the near-solar plasma. // Proceeding of the 3rd. COSPAR Colloquium "Solar Wind Seven" ed. by E. Marsh and R. Sohewenn, Pergamon Press. - 1992.- P. 221 -224.

6. Лотова H.A., Писаренко Я.В., Корелов O.A. Воспроизводимые характерные черты процесса формирования сверхзвукового солнечного ветра. // Геомагн. и аэрон.- ( в.печати ).

7. Лотова H.A., Корелов O.A., Писаренко Я.В. Крупномасштабная структура околосолнечной плазмы в области перехода от дозвукового течения к сверхзвуковому. // Кинемат. и физика небесн. тел.- ( в печати ),.

Литература.

1. Виткевич В.В. Новый метод исследования солнечной короны. // Доклады АН СССР.- 1951.- Т.77.- N 4.- С. 585 - 588. .

2. Hewish A. The irregular struoture oí the outer region of the Solar oorona. // Proo. Roy. Astron. Soo.-1955.~ Vol.238.-A228.

3. Блумс Д.Ф., Лотова H.A. Сороченко Р.Л. Межпланетные мерцания мазерных источников линии водяного пара. // Доклады АН СССР.- 1981.- Т.260.- N 3.- С. 570 - 573.

4. Колосов М.А., Яковлев О.И., Рогальский В.И., Ефимов А.И., Разианов В.М., Штрыков В.К. Исследования флуктуаций радиоволн и турбулентности околосолнечной, плазмы'в'экспериментах •

- -49 - -

радиопросвечивания о помощью аппарата "Венера - 10". // Доклады АН СССР.- 1978.- Т.24.- N 3- С. 555 - 558.

5. Lotova N.A., Blums D.P., Vladlmlrskil K.V. Interplanetary solntlllatlon and the structure of the solar wind transonlo region. // Astronomy and Astrophys.- 1985.- Vol.150.- P. 266 -272.

6. Яковлев O.K., Ефимов А.И., Рубцов C.H. Динамика и турбулентность ' солнечного ветра в области его формирования по данным радиопросвечивания о применением аппаратов "Венера-15" "Венера-16". // Косиич. исслед. 1987.- Т.25.- N 2. С. 251 - 257.