Исследование подготовительной стадии солнечных эруптивных событий тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.03 ВАК РФ

На правах рукописи УДК 523.98

МАКСИМОВ Владимир Павлович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ СТАДИИ СОЛНЕЧНЫХ ЭРУПТИВНЫХ СОБЫТИИ

Специальность 01.03.03 - гелиофизика и физика солнечной системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

/

Иркутск - 1998

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Институте солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН (г. Иркутск)

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

ГРИГОРЬЕВ Виктор Михайлович (ИСЗФ СО РАН, г. Иркутск)

доктор физико-математических наук КОРЖАВИН Анатолий Николаевич (CAO РАН, г. Санкт-Петербург)

доктор физико-математических наук профессор ИАРХОМОВ Владимир Александрович (ИГЭА, г. Иркутск)

Ведущая организация: Главная астрономическая обсерватория РАН

г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится " сХ£4М> 1998 г. в__часов на

заседании Специализированного совета Д. 003.24,01 Института солнечно-земной физики СО РАН: Россия, 664033, Иркутск, и/я 4026, ИСЗФ СО РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИСЗФ СО РАН.

Автореферат разослан "И " ¿сЗъугл^ 1998 г.

Ученый секретарь

Специализированного совета < ^

к. ф, -м. и. / 7 А. И. Галкин

А С1''

/I "

Обшйя характеристика работы

Актуш^НАрть тем?-;. Природа солнечной активности и ее воздействие на Землю и околоземное космическое пространство на протяжение многих десятилетий является предметом интенсивных исследований. Только за последнее время проведено несколько международных исследовательских программ, таких как "Год солнечного максимума", "Вспышка-22", "Макс/91". Основное внимание в этих программах уделялось исследованию солнечных вспышек, и одной из ключевых задач являлось изучение механизмов накопления и внезапного высвобождения энергии во вспышке.

В то же время сначала эпизодически, а после обнаружения на орбитальной обсерватории "Скайлаб" явления выбросов корональной массы более регулярно стали появляться работы, в которых указывалось на зруатипныа протуберанцы, как на возможные источники геомагнитных возмущений. Наконец, в 1995 г. Дж. Гослннг (J.T. Gosling J. Geophys. Res. 1993, 98, 18937) сделал попытку введения новой парадигмы в солнечно-земной физике, согласно которой солнечные вспышки не являются причиной выбросов корональной массы, а цент» Ч>

ралыю'; место в проблеме больших черекуррентных геомагнитных бурь отводится эруптивным протуберанцам. В последовавшей дискуссии, продолжающейся и в настоящее время, выявилось как различие в подходах к этой проблеме, так и Недостаток данных о начальной стадии эруптивного процесса, будь то вспышка или эруптивный протуберанец, и его связи с возникновением выбросов корональной массы. И здесь на Первый план выходят исследования подготовительной стадии солнечных эруп+ивных событий. По заключению В. Гайзаускасй (V. Gaizauskas Adv. Space Res. 1991, Ü( iö5) предвспышечиай СтадНн до Ctot пор является наименее понятной стадией солнечной вспышки. EtUe хуже обстоят

дела с формированием солнечных протуберанцев (темных волокон на солнечном диске): в самых последних наблюдательных кампаниях по исследованию протуберанцев в рамках программ гелиосфсрной солнечной обсерватории (SOHO) отсутствуй указания на признаки, которые могуг свидетельствовать о начале процесса возникновения волокна (J.-C. Via\ JOSO Annual Report. 1991, с. 78)

Исходя нз представлений о том, что выбросы корональной массы могут быть связаны как с мощными солнечными вспышками, так и эруптивными протуберанцами, мы определили основную цель настоящей работы, исследование подготовительной стадии солнечных эруптивных событий, выделение ее характерных признаков и использование этих признаков для создания алгоритмов краткосрочного прогноза солнечных геоэффекгивиых событий.

Эта цель достигается решением ряда конкцетиыл задач:

— Исследовать эволюцию активных областей в полном и поляризованном микроволновом излучении, выделить признаки, характеризующие предвспы-шечную стадию.

— Определить, существует ли связь между динамикой магнитного поля комплекса активности и возникновением, развитием и разрушением темных волокон (протуберрнпев на диске Солнца).

— Разработать физически обоснованные методы для краткосрочного прогноза солнечных эруптивных событий.

— Исследовать проявления выбросов корональной массы в микроволновом диапазоне и их связь с солнечными вспышками и эруптивными протуберанцами.

Научная новизна работы.

* Проведен анализ причин неудовлетворительного прогноза мощных солнечных вспышек по критерию Танаки-Эноме. Показано, что этот критерий не

учитывает физические особенности генерации микроволнового излучения в области источника и его распространения в короне активной области. Учет этих особенностей осуществлен с помощью разбиения видимой поверхности Солнца на долготные зоны с характерным "нормальным" (не приводящим к возникновению вспышки) распределением поляризации. В предложенном критерии в качестве признака предвспышечной стадии рассматривается отклонение наблюдаемого распределения поляризации от "нормального" в той зоне, где находится исследуемая активная область. Предложено возможное объяснение причин таких отклонений.

« По исследованиям поляри ,ованного компонента микроволнового излучения на длине волны 5,2 см получены новые данные о явлении смены знака поляризации: о связи между временем начала и продолжительности процесса смены знака, о связи между временными характеристиками явления смены знака поляризации и параметрами активной области в оптическом излучении. Показано, что на предвспышечной стадии излучение корональной конденсации отличается от излучения на "спокойном" этапе развития активной области. Обнаружено исчезновение поляризованного излучения при резком уменьшении площади группы пятен.

* По исследованиям поведения полного потока микроволнового излучения на длине волны 5,2 см показано, Что на предвспышечной стадии излучательиая способность (отношения полного потока излучения к площади пятен) характеризуется скачкообразным поведением, отражающим отмеченный выше преобладающий вклад излучения корональной конденсации на этой стадии. Показано, что отношение числа микроволновых всплесков к числу субвспышек является хорошим индикатором состояния активной области: при среднем значении ~ 30% за день до появления мощной солнечной вспышки это отношение возрастает до 70%, а в день, когда происходит такая вспышка,

практически все субвспышки сопровождаются всплесками. Эта связь остается достаточно высокой ¡1 на следующий день после окончания мощной вспышки.

» Разработан метод количественного описания ситуации на линии раздела полярностей продольного магнитного поля (ЛРП) в активных областях и комплексах активности, основанный На измерениях %гаЛ 11ц в окрестности ЛРП, построении распределения этой величины вдоль всей длины ЛГП И анализе поведения распределения в процессе развития активной области. Этот метод до сих нор остается единственным количественным методом исследования процессов вблизи ЛРП. Он допускает расширение и на другие измеряемые параметры: угол между направлением фибрил и поперечного магнитного поля и ЛРП, отношениг большой полуоси супергранулы к ее малоЧ полуоси,

•» С помощью этого метода исследовано поведение волокна (протуберанца на диске Солнца) на всех этапах его существования от рождения до разрушения В результгте получено необходимое условие для появления волокна в активной области: для появления волокна необходим сдвиг распределения Ни в сторожу низких значений градиента и существование на линии раздела полярностей достаточно протяженных участков, однородных по магнитному полю, на которых значения ¡>гас1 Ни не превышают некоторого предельного значения. Усиление градиента магнитного Поля приводит к разрушению волокна. Показано, Что противоречие между настоящим условием и условием, предложенным С. Мартин и основанном на конвергентных движениях и слиянии узлов магнитного Ноля, является кажущимся: последний эффект приводит к сглаживанию меодНородностей магнитного поля и, таким образом, является составным элементом полученного в диссертации более общего условия.

» Впервые по данным с высоким пространственным разрешением показана связь "отрицательных всплесков" в микроволновом излучении с выбросами корональной массы. Дано объяснение ряда остававшихся ранее непонятными свойств этих всплесков. Предложен метод диагностики некоторых параметров выбросов корональной массы. До полета гелиосферной обсерватории SOHO это был единственный метод диагностики выбросов корональной массы на диске Солнца.

Научная п практическая ценность.

Научная ценность работы определяется получением ряда важных данных о поведении микроволнового излучения на предвспышечной стадии развития активной области, связи динамики магнитного поля в окрестности линии раздела полярностей продольного магнитного поля с появлением, развитием и разрушением волокна, связи выбросов корональной массы с мощными солнечными вспышками и эруптивными протуберанцами. Эти данные существенно влияют на современные представления о Подготовительной стадии солнечных эруптивных событий. В частности, необходимое условие для возникновения волокна используется при создании моделей и теории формирования протуберанцев (Aulan: rG., Demouli)) P. Astnm. A.aim, hys. 1998, 329, 1125; Bardakov V.M. Solar Ph>s. 1998, 179, 327).

Практическое значение работы заключается в решении задачи краткосрочного прогноза мощных солнечных вспышек по наблюдениям на Сибирском солнечном радиотелескопе. Разработанные методы исследования и полученные в диссертации результаты могут использоваться другими исследователями при изучении таких явлении солнечной активности, как солнечные всЛышки, протуберанцы и выбросы корональной массы. В частности, метод количественного описания ситуации на ЛРП уже нашел свое применение в работах ряда авторов

(С.А.Язев, Г.М.Хмыров Соли. Данные, '987, № 12,75; B.S.Nagablntshana, M.N. Gokhale Hvar Obx. Bull. 1989,13,25).

Апробация работы.

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на семинарах ИСЗФ СО РАН, Астрофизического института в Потсдаме; на семинаре секции "Солнце" Астросоаета АН СССР (Киев, 1984), на ХП региональной консультации по солнечной физике (Смоленице, Чехословакия, 1986) на научных семинарах группы больших солнечных радиотелескопов (Иркутск, 1987; Ленинград, 1988), XIX и XXVI Конференциях по радиоастрономии (Киев, 1987; Санкт-Петербург, 1995), Всесоюзной конференции "Методы гелио-геофизического прогнозирования" (Калуга, 1988), научном семинаре секции "Радиофизические исследования солнечной системы" (Горький, 1989), на V и VIII семинарах рабочей группы "Специальные теоретические и экспериментальные исследовании солнечной плазмы" (Ашхабад, 1986; Ленинград, 1989), на симпозиуме по радиогелиографу Нобеяма (Нобеяма, Япония, 1990), па советско-китайском симпозиуме по солнечной физике (Иркутск, 1991), на XX Ассамблее Европейского геофизического союза (Визбаден, Германия, 1991).

Ряд результатов, в частности, выводы о сдвиге распределения grad Нц в сторону низких значений при появлении волокна, разрушении волокна в результате фрагментации магнитного Поля подтверждены другими исследователями (Б.А.Иошпа, Е.Х.Куликова Физика солнечной активности М.: Наука. 1988, 168; Б.А.Иошна, Е.Х.Куликова Солнечные магнитные поля и корона. Т. 1, Новосибирск: Наука, 1989, 167; Schmieder В. eld., Astnm. and Astrophys. 1991, 244, 533).

Струкгурц ц объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она содержит 140 страниц текста, 42 рисунка, 13 таблиц. Список литературы содержит 141 наименование. Общий объем диссертации 179 страниц.

Содержание диссертации

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертации, формулируется цель работы и конкретные задачи, решаемые в каждой из глав.

Работа состоит из че.ырех глав а заключения. В первых трех главах рассматривается подготовительная стадия эруптивного события, под которой мы понимаем стадию накопления энергии для последующего взрывного выделения. В первой главе изучается распределение поляризации микроволнового излучения по активной области и его связь со вспышечной акггнаностыо, в то "ремя как во второй главе исследуются проявления предвспышечной стадии в поведении полного потока микроволнового излучения. Третья глава посвящена анализу связи между изменениями магнитного поля вблизи линии раздела полярностей п] 'дольною магнитного поля и озиикновепием, развитием и разрушением волокон.

Эти три главы объединены общим методическим подходом, заключающемся в раздельном рассмотрении этапов развитая активных областей и комплексов активности, сопровождающихся и не сопровождающихся накоплением непотенциальной энергии магнитных нолей. При сравнении Путей развития выделяются признаки, характеризующие подготовительную стадию, и на основе этих признаков разрабатываюгся алгоритмы краткосрочного прогноза эруптивного события.

В четвертой главе излагаются результаты наблюдений выбросов коро-нальной массы в микроволновом излучении и их связь с исчезающими волокнами и вспышками. С учетом изложенных в четырех главах диссертации результатов проведен анализ аргументов Гослинга и мнений участников последовавшей дискуссии и сформулировано наше отношение к проблеме причины и следствия в солнечно-земной физике.

Глава I посвящена изучению распределения поляризации микроволнового излучения по активной области и его связи со всиышечной активностью.

Наиболее известным методом краткосрочного прогноза мощных солнечных вспышек по микроволновому излучению активной области является метод Танаки — Эноме (Н. Tanaka, S. Enome Solar Pins. 1975, 40, 123). В основу этого метода положены представления о том, что вероятность появления мощных солнечных вспышек возрастает с увеличением полного потока излучения на волне 3,2 ск, отношения потока на волне 3,2 см к потоку на волне 8 см и с переходом распределения поляризации от S- к Е- и Р-конфигурациям (S-конфигурация характеризуется сильно поляризованным одиночным пиком; Е-конфигурация — двумя противоположно поляризованными пиками и Р-конфигурация — сильно поляризованным центральным пиком и двумя боковыми субпиками о поляризацией, противоположной поляризации центрального пика). Этот метод использовался для Прогноза протонных вспышек на обсерватории Тойокава. Тем не менее, в целом ряде случаев протонные вспышки по критерию Танаки-Эноме предсказать не удалось.

В разделе 1.1 поставлена задача выяснять причины неудовлетворительности этого критерия, fío данным из архива наблюдений на Сибирском солнечном радиотелескопе был проведен Поиск случаев явного нарушения критерия. В результате анализа этих случаев выяснилось, что в критерии Танаки-Эноме игнорируются известные физические особенности генерации и распростране-

иия микроволнового излучения активной области. Эти особенности заключаются в направленности поляризованного компонента излучения в области источника и взаимодействии в области квазипоперечных магнитных полей. В наблюдениях эти особенности проявляются в отсутствии поляризованного излучения при нахождении активной области вблизи лимбов и явлении смены знака поляризации при прохождении центрального меридиана. Оба явления зависят от угла между маппиным полем и лучом зрения. Поэтому пр" прохождении активной облает по диску Солнца может происходить переход от одного распределения поляризации к другому без каких-либо изменений в магнитной структуре активной области. Для учета этих особенностей было предложено разбить солнечный диск на долготные зоны, а в качестве признака предвспышечной ситуации считать не принадлежность распределения к какому-либо жеегко заданному типу, а отклонение наблюдаемого распределения от нормального, характерного для спокойной активной области (то есть области, в которой не роис-ходят мощные солнечные вспышки).

В разделе 1.2 с помощью ретроспективного прогноза мощных солнечных вспышек по данным ССРТ было проведено сравнение "боих критериев и показано, ч о оправдываемость предложег.юго критерия действительно выше, чем у критерия Тапакн-Эноме.

В то же время оказалось, что оправдываемость прогноза зависит от точности определения границ долготных зон. Для определения границ центральной зоны в разделе 1.3 было проведено исследование явления смены знака поляризации микроволнового излучения активной области Нг4 длине волны 5,2 см. В результате было показано, что границы являются Индивидуальными дЛя каждой активной области И зав!Ыг От Широты группы 1ЫТеМ <р, угла наклона оси группы пятен относительно экЬатора Л и протяженности группы пятен А При зтом удалось получить эмпирические зависимости характеристик явления смены

знака поляризации как от этих параметров по отдельности, так и от их комбинаций.

Раздел 1.4 посвящен определению границ боковых зон. Эти границы определялись по моментам появления поляризованного излучения при выходе активной области из-за восточного лимба и исчезновения этого излучения при заходе активной области за западный лимб. Для учета изменений поляризации микроволнового излучения в процессе эволюции активной области вначале было отдельно рассмотрено поведение поляризованного излучения для активных областей родившихся или (и) распавшихся на диске. Было показано, появление поляризованного компонента излучения иа длине волны 5,2 см происходит при достижении активной областью площади выше 50 м.д.п., а исчезновение поляризации при уменьшении площади до значений ниже 50 м.д.п..

В то же время был впервые обнаружен факт исчезновения поляризованного излучения при резком уменьшении площади группы пятен, но до значений существенно больших, чем 50 м.д.п. Так как в исследованных случаях в этих группах в уменьшение площади основное вклад вносило уменьшение площади головного пятна, то было предположено, что в этом пятне происходило и резкое уменьшение магнитного ноля. По существующим представлениям переходная зона между хромосферой и короной над пятном лежит ниже, чем переходная зона вне пятна. Тогда с уменьшением магнитного поля переходная зона должна подниматься вверх. В то же йремя высота второго и третьего гироуровней с уменьшением магнитною поля опускаются вниз. В результате вторая и третья гармоники гирочастоты могут оказаться под переходной зоной и степень поляризации Б-компонента резко уменьшится. Такие рассуждения приводят к выводу, что и при развитии пятна могут йроисходиТь интересные эффекты в поляризованном излучении, связанные с формированием переходной области в пятне и движением переходной области и гироуровней относительно друг друга при

возрастании магнитного поля. Можно поставить и более общий вопрос об учете влияния этого эффекта при исследованиях поведения Б-компонента в процессе эволюции активной области и возникновении в ней вспышки.

Далее было рассмотрено появление и исчезновение поляризованного излучения при выходе и заходе активной области за лимб, соответственно: Рассмотрение проводилось отдельно для униполярных, биполярных и вспышечных групп пятен, то есть таких групп пятен в которых в день появления и исчезновения поляризованного компонента регистрировались мощные вспышки. Оказалось, что эти группы пятен существенно отличаются по своему микроволновому излучению. Появление источника в полном излучении несколько опережает регистрируемое появление пятен на видимой стороне диска. При заходе отмечается более поздний заход радиоисточника по сравнению с заходом группы пятен за западйый лимб. Существенно более уверенным является заключение о появлении и исчезновении поляризованного компонента излучения. В среднгм, появление источника в поляризованном излучении запаздывает ~ 20°(порядка 1,5 суток) относительно выхода группы пятен Из-за восточного лимба и, соответственно, исчезновение источника в поляризованном изг^чеиии примерно на 20° оперех.ает заход группы питеН за западный лимб.

У биполярных груий пятен более четко проявляется <ш.режение в появлении микроволнового излучения относительно выхода группы пятен из-за лимба й более позднее исчезновение относительно захода группы пятен за лимб. Эта разность составляет около 19° На восходе и около 14° на заходе. Моменты появления и исчезновения поляризованного излучения также сдвигаются к лимбам и с учетом ошибок в определении координат групп пятен и Интерполяции за лимбы можно сказать, что поляризованное излучение появляется вместе с выходом группы пятен на видимую сторону солнечного диска. При заходе

группы пятен за западный лимб исчезновение поляризованного излучения наблюдается примерно на 11° раньше, чем заход группы Пятен.

Поведение микроволнового излучений для вспышечных и биполярных групп пятен отличается друг от друга несущественно. Однако поляризованный компонент доя вспышечных групп пятен появляется На восточном лимбе примерно на сутки раньше н исчезает на сутки позже, чем для биполярных групп пятен. Причем на восточном лимбе появление поляризованного излучения опережает выход группы пятен па видимую сторону диска, а на западном лимбе оно в среднем исчезает вместе с заходом группы пятен за лимб.

Значения долгот для обращенных к центру солнечного диска границ боковых зон для восточного и западного полушарий составили 80°Д±1°,6 и 74°,4+1°,8, соответственно.

Полученные в данной главе результаты позволили создать алгоритм краткосрочного прогноза моШнь!х солнечных вспышек но распределению поляризации микроволнового излучения по активной области (раздел 1.5). Важным достоинством предложенного способа прогноза является возможность предсказания вспышек в активных областях, находящихся вблизи лимбов и даже за ними, что недостижимо для других методов Прогноза.

В обсуждении к данной главе рассмотрены возможные причины отклонения распределения поляризации на предвспышечной стадии от нормального.

Так как долготу, на которых появляется (на восточном лимбе) и исчезает (на западном лимбе] радиоисточпйк я полном излучении для вснышечных и не-вспшиечных активных областей мало отливаются друг от другй, а средняя долгота появления (Исчезновений) > 90°, то в обоих случаях преимущественно на-Гшодаетвй микроволновое излучение мфональной конденсации, а не источников над пятнами. Однако более раннее появление Поляризованного компонента Н<1 восточном лимбе и более позднее исчезновение На западном для вспышеч-

ных групп пятеп свидетельствует, что свойства корональноЙ конденсации в предвспышечном состоянии отличаются от ее свойств в нормальном состоянии.

Возможно, эти свойства таковы, что корональНая конденсация в предвспышечном состоянии становится оптически толстой. Тогда излучение пя-тенных источников будет псглошагься в Ней и наблюдаемое излучение будет излучением собственно корональноЙ конденсации, обусловленное гнросин-хротрониым излучением субрелятивистских электронов. Таким образом можно понять униполярное распределение поляризации микроволнового излучения активной области со сложной мулмнполярйой структурой магнитного поля на фо-тосферном уровне в центральной зоне.

В работе (ОораЬчуэту N. с1 а1.,$о1аг Рпуъ. 1994. 199. .139) показано, что в случае прохождения микроволнового излучения через токовый слой, знак круговой поляризации обращенной к лимбу части активной области не изменяется. Следуя этой работе, можно предположить, что наблюдаемое в зоне II биполярное распределение поляризации свидетельствует о существовании токового слоя и, таким обратом, обьясняет предвспышзчное состоянйе активной области.

Во второй главе анализируются проявления яредвсгшшечной стадии в полном потоке микроволнового излучения.

В разделе 2.1.1 рассмотрены распределения потоков Б-компонента 10 активных отдельно длч дней когда, наблюдались вспышки рентгеновского балла > М1.0, и когда они отсутствовали. Среднее значение потока для дней без вспышек составило 15,0 ± 1,5 с.е.п., а для дней со вспышками 36,7 ± 3,1 с.е.п Для вспышек балла > Х1.0 среднее значение потока для дней без таких вспышек составит 18,8 ± 1,4 с.с.п., а для дней со вспышкамт! 4.5,5 ± 6,0 с.е.п.

Хотя различие распределений потока для Дней со вспышками и без них можно считан, значимым, существует хвост распределения с большими значе-

нияыи потока для дней без вспышек и хвост распределения с малыми значениями потока а дни, когда происходили мощные вспышки.

Далее была рассмотрена связь между значениями потока S-компонента перед вспышкой и рентгеновским баллом вспышки. Проведенное исследование показало, что однозначная зависимость между этими величинами скорее отсутствует. Однако из 70 вспышек балла > М1.0 50 (71%) произошли в те дни, когда значение потока превышало 20 с.е.п. В то же время из 104 дней, когда вспышки указанного балла не происходили, только для 29 дней (28%) значение потока превышало 20 с.е.п.

Таким образом, зависимость между потоком S-компонента и вспышечной продуктивностью активной области rte является простой. Не можно выразить в следующем виде: мощные солнечные вспышки могут происходить в активных областях как с большим, так й маЛЫм значением потока, однако, если вспышка происходит в области с большим значением потока, она скорее всего будет мошной.

В первой главе был получен вывод о возрастании роли излучения коро-

нальНой конденсации на Ьредвспышечной стадии. Поэтому в разделе 2.1.2 рас-\

смотрено Поведение излучательной способности F'S (отношение потока микроволнового излучения к йлощпдИ Мятен), которая Должна вести себя по-разному для излучения, связанного с пятнами и с корональной конденсацией. Действительно, достаточно четко ^(Делились два типа поведения активных областей. В одних случаях изменения плавные, в других же Наблюдаются резкие изменения параметра F/S. Результаты вычислений вспышечной продуктивности, сгруппированные по потоку н типу поведения излучательной способности, показали, что наибольшей вспышечной продуктивностью обладают активные области, одновременно характеризуемые и большим значением потока и резкими изменениями в поведении излучательной способности. Активные области с

большими значениями потока, по с плавными изменениями излучательной способности обладают низкой вспышечиой продуктивностью. Таким образом, из рассмотрения исключается значительная часть событий, формирующих хвост распределения с большими значениями потока для дней без вспышек.

Заметная доля вспышек, сформировавшая часть распределения с низкими значениями потока была связана с эрупцией темных волокон. По данным о микроволновом излучении такие вспышки прогнозировать не удается. Здесь можно использовать метод построения и анализа распределений градиентов продольного магнитного поля в окрестности линии раздела полярностей, описанный в главе Ш.

Связь между вспышками и микроволновыми всплесками зависит от балла вспышки. Для самых маленьких вспышек (субвспышек) она составляет менее 50%. Однако в литературе отмечен случай, когда эта связь оказалась значительно более высотой. Поэтому было решено выяснить, зависит ли связь между субвспышками и всплесками от состояния активной области. Для такого исследования были отобрано 12 активных областей с различным характером развития.

Описанное в разделе 2.2 исследование показало, что при примерно равном количестве субвспышгк, произошедших в спокойные и возмущенные периоды развития активных областей, степень связи субоспышка-всплеск (отношение числа всплесков к числу субвспышек) в возмущенные периоды почти вдвое выше, чем в спокойные. ГТри этом степень связи начинает достаточно резко возрастать примерно за сутки перед появлением мощных солнечных вспышек и уменьшается до нуля примерно через сутки после окончания спокойного периода.

В тех случаях, когда спокойные периоды имели малую длительность (~ 2 сут) и находились между возмущенными периодами, степень связи и в эти периоды оставалась высокой (> 50%). Это значит, что накопление энергии для

вспышки происходит, по крайней мерс, за сутки до возникновения вспышки, и что даже в очень большой вспышке выделяется не вся запасенная энергия, а только ее часть.

Изложенные в главах I-II результаты проведенных нами исследований указывают на существенную, роль корональной конденсации на предвспышечной стадии развития активной области. Практически все выявленные признаки предвспышечного состояния в полном и поляризованном излучении обусловлены изменениями именно этого компонента микроволнового излучения активно? области. На фоне других методов прогноза, в которых анализируется большое и даже огромное количество параметров, получаемых, в основном, из фотосфер-ных и хромосферных наблюдений, достаточно высокая оправдываемость прогноза по ограниченному набору данных микроволнового излучения, кажется поразительной. Однако Д. Найдиг (D.F. Neidig Solar-l'cnvslnul Predictions, Boulder: NOAA, 1990, 1, 154) объяснил это тем, что микроволновое излучение генерируется вблизи той части активной области, где происходит накопление энергии для вспышек. Это вполне согласуется с полученным нами выводом. В общем обсуждении к обеим главам рассматриваются возможные причины изменения свойств корональной конденсации в предвсиышечном состоянии.

Хорошо известно, Что Протуберанцы (темные волокна на солнечном диске) Появляются вдоль лиийи раздела полярностей (ЛРП) фотосферного магнитного Поля. Само существование таких линий Считается первым необходимым условием длй Возникновения волокна. В то же время волокна возникают далеко lie всегда и далеко Не над Всемй ЛРП. Естественным образом возникает вопрос, отличаются ли линии раздела полярностей по какому-либо параметру в тех случаях, когда Над Ними существует волокно, и в тех случаях, когда оно отсутствует. И если такие различия существуют, то можно ли использовать их в

качестве характеристик для описания процессов формирования, развития и разрушения волокна. Решению этой задачи посвящена третья глава.

Для ее решения был разработан метод количественного описания ситуации на ЛРП, основанный на измерениях %гас1 Нц в окрестности ЛРП, построения распределения этой величины вдоль ЛРП и анализа его изменений в процессе развития активной области (раздел 3,1).

В результате проведенных исследований, описанных в разделе 3.2, мы пришли к выводу, что распределения %га<1 Нц на участках ЛРП с волокном и без него отличаются друг от друга и существует предельное значение %гас1 Нц, при превышении которого волокло не появляется. Таким образом, был получен ответ на первую част ь поставленного выше вопроса.

Используя метод количественного описания ситуация на ЛРП, было исследовано поседение волокна па всех этапах его существования от рождения до разрушения. В дополнение к существованию линии раздела полярностей в разделе 3.3 было сформулировано второе необходимое условие для появления волокна в активной области; для появления волокна необходим сдвиг распределения ртн! Нц в сторону низких значений градиента и существование на линии раздела полярностей достаточно протяженных участков, однородных по магнитному полю, иа которых значения Нц не превышают некоторого предельного значения.

Если распределения ¡.усь! Нп в случае существования и отсутствия волокна над ЛРП значимо отличаются друг от друга и для появления волокна необходим сдвиг распределения р\п( Нц в сторону низких значений, то естественно предположить, что возрастание '¿га<{ Нц до значений выше предельного будет приводить к разрушению волокна. Действительно, это предположение подтвердилось на примере, описанном в разделе 3,4. Волокно, расположенное частично на внешней границе активной области и частично между активными областями

ЫОАА 4154 и 4156 появилось в области с малыми значениями Нц, удлинялось вдоль ЛРП вслед за уменьшением градиента и исчезло при возрастании £гас! Нц до значений выше предельного.

В разделе 3.5 описан другой случай исчезновения волокна. Это исчезновение волокна было обусловлено перестройкой структуры поддерживающего магнитного поля, которая на уровне фотосферы выразилась в следующем: исчезновение части потока магнитного поля, дробление и перемешивание холмов поля обеих полярностей.

Вообще говоря, процесс исчезновения волокна иосит более сложный характер. Здесь при оценке возможности нарушения равновесия и в результате этого эрупции волокна необходимо учитывать длительность, масштаб и мощность возмущения. Кроме того, важную роль могут играть стабилизирующие эффекты. Некоторое представление о таких эффектах можно получить из примера, рассмотренного в разделе 3.6. Исследованное волокно обладало особенностью: его южный конец упирался в небольшой участок магнитного поля. В этой особой точке, которую можно назвать точкой (точнее областью) ветвления волокна, в ответ на возмущение (частичное исчезновение) в северной части волокна, происходили два процесса: соединение фибрил в нить, усиление интенсивности нити, соединение ее в точке ветвления с волокном, образование единой системы волокно-нить и расщепление волокна в точке ветвления. Важное значение имеет тот факт, что в исследованном случае довольно сильное возмущение не привело к эрупции волокна, а проявлялось только в точке ветвления. Это свидетельствует о том, что в случае ухода волокна с ЛРП и его окончания в области магнитного поля оно становится более устойчивым.

В обсуждении к этой главе Проведен анализ существующих наблюдательных данных, имеющих отношение к подготовительной егзднп появления волокна. Показано, что противоречие между полученным нами условием п условием,

основанным па конвергентных движениях и слиянии узлов магнитного поля (S.F.Martin Coronal and prominence plasmas, NASA Conf Publ. 1986. N 2442, 73), является кажущимся: последний эффект приводит к сглаживанию неоднородно-стей магнитного поля и, таким образом, является составным элементом полученного в диссертации более общего условия.

В четвертой главе диссертации рассматривается центральная проблема современной солнечно-земной физики — связь выбросов корональной массы с солнечными вспышками и эруптивными протуберанцами. В микроволновом излучении выбросы корональной массы проявляются как известные уже более 30 лет "отрицательные всплески" и им посвящено достаточно большое количество исследований. Однако результаты этих исследований основаны на данных, полученным с помощью радиотелескопов, не обладавших пространственным разрешением, что затрудняет адекватную интерпретацию этих исплесков.

В разделе 4.1 списаны результаты детальных исследований "отрицательных всплесков", впервые проведенных по данным, полученным с высоким пространственным разрешением. Три исследованных события оглича-лись как по типу "отрицательных всплесков"', так и по связи с солнечными эруптивными событиями. В одном случае "отрицательный всплесч" был связан с эрупцией протуберанца, во втором — с солнечной вспышкой и в третьем, с солнечной вспышкой, составным элементом которой было внезапное исчезновение волокна. Мы пришли к выводу, что "отрицательные всплески" появляются в результате покрытия радиоисточника, расположенного а одной области, выбросом корональной массы, возникшем в другой области. На этой основе была дана интерпретация некоторых остававшихся непонятными особенностей "отрицательных всплесков": относительно слабую связь с событиями в линии На, более частое появление в комплексах активности, чем в отдельных ак-

тианых областях, отсутствие зависимости между амплитудой всплеска и его продолжительностью.

В разделе 4.2 предложен метод микроволновой диагностики некоторых параметров выбросов корональной массы. До полета телнофизической обсерватории SOHO это была единственная возможность для определения скорости, размеров и оптической толщины выбросов в проекции на диск Солнца.

Наконец, в разделе 4.3, широко привлекая полученные в диссертации результаты, проведен анализ существующих взглядов по проблеме солнечных источников больших Нерекуррентных геомагнитных бурь. В результате получены следующие выводы:

— Выброс корональной массы может быть связан как с солнечной вспышкой, так И с эруптивным протуберанцем.

— Между этими событиями есть причинно-следственную связь, которая определяется характером накопленной в активной области энергии,

— Важность и актуальность исследования подготовительной стадии солнечных эруптивных событий состоит не только в необходимости решения перечисленных выше задач исследования физических механизмов накопления энергии и краткосрочного прогноза мощных эруптивных событий, но и в определении roto, что произойдет в результате взрывного Высвобождения этой энергии: солнечная вспышка, лруиция Протуберанца, выброс корональной массы и в каком сочетаний.

В заключении приводятся основные результаты диссертации.

Положении, выносимые ил защиту

1. Результаты исследования распределения поляризации микроволнового излучения активных областей На длине волны 5,2 см в зависимости от лоложе-

ния активной области на солнечном диске, ее характеристик в оптическом излучении, стадии развития ц пспышечной активности.

2. Критерий краткосрочного прогноза мощных солнечных вспышек, учитывающий физические особенности генерации микроволнового излучения в области источника и его распространении в короне активной области.

3.Результаты исследования связи между субвспышками и микроволновыми всплесками, вывод о том, что степень этой связи является хорошим индикатором состояния активной области.

4. Метод количественного описания ситуации на линии раздела полярностей продольного магнитного Поля.

5. Необходимое условие для возникновения ьолокна в активной области: для появленмч еолокна необходим сдвиг распределения grad H и в сторону низких значении градиента и существование на линии раздела полярностей достаточно протяженных участков, однородных по магнитному полю, на которых значения grad Ни не превышают некоторого предельного значения.

6. Результаты исследования "отрицательных всплесков" и их связи с солнечными вспышками, эруптивными протуберанцами и выбросами яороналыюй массы.

Публикации по теме диссертации

1. Максимов, В.П. Ермакова, Л.В. Волокна и магнитное поле вшивной области/7 Астрон. жури. 1985. Т.62. С. 558-561.

2. MaKsiinov, V.p, Hrmakova, L.V. The relationship between the appearance of filaments and active region magnetic field dynamics// Contribwions Astrott. Obs. Skalnate Pleso. ¡9*6. V. 15. P. 65-74.

3. Ермакова, Л.В., Максимов, В.П. Исчезновение подокна ь активной области СД 227/79// Соли, данные. 1986 № 8. С. 71-76.

4. Максимов, В.П., Ермакова, Л.В. О связи появления волокна с изменениями магнитного поля активной области// Астрой, журн. 1987. Т.64. С. 841-849.

5. Максимов, В.П., Прокоиьев, A.A. Некоторые процессы в точке ветвления волокна// Исслед, по геомагн, аэрон, и физике Солнца. 1988. № 79. С. 90-98.

6. Максимов, В.П., Нефедьев, В.Л., Смольков, Г.Я. Прогноз протонных вспышек по распределению поляризации микроволнового излучения активной области// Исслед. по геомагн., аэрон, и физике Солнца. 1988. № 82. С. 155-160.

7. Максимов, В.П., Бакунина, И.А., Нефедьев, ВН., Смольков, Г.Я. Связь вспышечной активности с распределением поляризации микроволнового излучения групп пятен// Исслед. по геомагн., аэрон, и физике Солнца. 1988. №83. С. J11-117.

8. Зубкова, Г.Н., Лубышев, Б.И., Максимов, В.П., Нефедьев, В.П., Смольков, Г.Я. Исследование эволюции и вспышечной активности комплекса активности СД 228+229/82// Соли, данные. 1989. № 1. С. 99-103.

9. Maksimov, VP., Nefedyev, V.P, Smolkov, G.Ya., Baküiiina, I.A. Flare activity prediction from the polarization distribution of microwave emission of sunspot

4

groups// Solar-Terrestrial Prediction (eds. R.Thoinpson et al ). Leura, Australia. 1990. V. 1. P. 526-532.

10. Maksimov, V.R. Zubkova, G.N., Borovik, A.V. An investigation of the subflare — microwave burst connection// Astron. Nachrichten. 1990. V. 311. P. 299-303.

П.Максимов, В.П., Зубкова, Г.Н., Боровик, A.B. Исследование связи субвспышка — микроволновый всплеск// Космические исследования (ред. Г.Е.Кочаров). ФТИ РАН. Санкт-Петербург. 1991. С. 117-127. 12. Максимов, В.П., Бакунина, И.А. Смена знака круговой поляризации микроволнового излучения активных областей на волне 5,2 см// Астрой, журн. 1991. Т.68. С. 394-403

13. Maksimov, V.P., Nefedyev, V.P. The observation of a "negative burst''" with high spatial resolution// Solar Pliys. 1991. V. 136. P. 335-342.

14. Maksimov, V.P., Nefedyev, VP. Some possibilities of microwave diagnostics of eruptive prominences// Ann. Geophys. 1992. V. 10. P. 354-358.

15. Максимой, D.H., Прокопьев, A.A. Динамика магнитного поля и появление, развитие и разрушение волокна на Солнце// Астрсн. журн. 1993. Т.70. С. 1099-1107.

16. Максимов, D.H., Бакунина, H.A. Поведение микроволнового излученич активных областей вблизи лимбов// Астрой, журн. 1995. Т.72. С. 250-256.

17. Maksimov, V.P, Prok^piev, A.A. Filaments and large-scale magnetic fields// Astron. Nachrichten. 1995. V. 316. P. 249-2.53. Препринт ИСЗФ 5-93. 1993. 8 с.

18 Максимов. В.П., Бакунина, H.A. Изменения потека S-компонента и солнечные вспышки// Астрон. журн. 1996. Т.73. С. 317-321.

19 Максимов, В.11., Бакунина, H.A., Нефецьев, В.П., Смолышв, Г.Я. Способ краткосрочною протеза мощных солнечных вспышек// Бголл. изобретений.

1996. № 21. С. 131-134.

20 Максимов. В.П. О поляризации микроволновых всплесков//Тезисы докладов ХХ\ 11 Радиоастрономической конференции. Санкт-Петербург.

1997. С. 78-79.

Множительный участок ИСЗФ

Заказ №630 ог 10.08.98 Объем 25 м/п стр., тираж 100 экч.



и

/ ¡д./е. п.98-гп$/сг

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК - СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

^ уму ~ ^гСг -¿-«¡г

О-ЗЕМНОЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи УДК 523.98

МАКСИМОВ ВЛАДИМИР ПАВЛОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ СТАДИИ СОЛНЕЧНЫХ

ЭРУПТИВНЫХ СОБЫТИИ

01. 03. 03 - гелиофизика и физика солнечной системы

Диссертация

на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Иркутск 1998

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................3

ГЛАВА I. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПО АКТИВНОЙ ОБЛАСТИ................................................17

1.1. Связь распределения поляризации со вспышечной активностью.....................17

1.2. Статистическая проверка критерия предвспышечной ситуации......................23

1.3. Явление смены знака круговой поляризации на волне 5,2 см............................29

1.3.1. Отсутствие смены знака поляризации.................................................................31

1.3.2. Общие характеристики процесса смены знака поляризации..............................34

1.3.3. Зависимость те и 4 от широты групп пятен <р.....................................................37

1.3.4. Зависимость те и 4 от угла наклона оси группы пятен относительно экватора38

1.3.5. Зависимость г^и 4от протяженности группы пятен / и ее площади 5..............39

1.3.6. Зависимость те и 4 от комбинаций параметров групп пятен.............................40

1.4. Поведение микроволнового излучения активных областей вблизи лимбов.....42

1.4.1. Влияние эффектов эволюции активных областей на поляризованный компонент микроволнового излучения..........................................................................44

1.4.2. Униполярные группы пятен.................................................................................46

1.4.3. Биполярные группы пятен....................................................................................47

1.4.4. Вспышечные группы пятен..................................................................................51

1.5. Критерий для краткосрочного прогноза мощных солнечных вспышек...........54

1.6. Обсуждение.................................................................................................................56

Выводы...............................................................................................................................59

ГЛАВА II. ПРЕДВСПЫШЕЧНАЯ СТАДИЯ В ИНТЕГРАЛЬНОМ ПОТОКЕ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.........................................61

2.1. Поведение Б-компонента и солнечные вспышки..................................................61

2.1.1. Связь потока Б-компонента с рентгеновским баллом вспышки........................62

2.1.2. Поведение излучательной способности..............................................................64

2.2. Связь субвспышка - микроволновый всплеск......................................................71

2.2.1. Субвспышки и всплески в комплексе активности СД 228+229/82.....................72

2.2.2. Исследование связи субвспышка-всплеск в активных областях с различным характером развития.................................................................................................76

2.3. Обсуждение.................................................................................................................86

Выводы...............................................................................................................................89

ГЛАВА III. ДИНАМИКА МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ПОЯВЛЕНИЕ, РАЗВИТИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ВОЛОКОН.......................................................90

3.1. Постановка задачи.....................................................................................................90

3.2. Сравнение распределений grad Нц в случае существования и отсутствия во-

локна..........................................................................................................................92

3.3. Динамика магнитного поля и появление волокна в активной области..........102

3.4. Изменения распределения grad Нц и разрушение волокна...............................111

3.5. Медленное исчезновение волокна.........................................................................117

3.6. Некоторые процессы в точке ветвления волокна...............................................122

3.7. Обсуждение...............................................................................................................132

Выводы.............................................................................................................................137

ГЛАВА IV. СВЯЗЬ ВЫБРОСОВ КОРОНАЛЬНОЙ МАССЫ С ЯВЛЕНИЯМИ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ...................................................139

4.1. Выбросы корональной массы в микроволновом излучении.............................139

4.2 Диагностика выбросов корональной массы.........................................................152

4.3. Миф солнечной вспышки.......................................................................................156

Выводы.............................................................................................................................162

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.........................................................................................163

ЛИТЕРАТУРА...........................................................................................167

Введение

Геоэффективные солнечные события можно разделить на рекуррентные и эруптивные. К последним относятся солнечные вспышки и внезапно исчезающие волокна или эруптивные протуберанцы. О неослабевающем интересе к изучению солнечных вспышек свидетельствует проведение только за последнее десятилетие нескольких международных исследовательских программ, таких как "Год солнечного максимума", "Вспышка-22", "Макс/91". Одной из ключевых задач этих программ являлось изучение механизмов запасения и внезапного высвобождения энергии во вспышке. Решение этой фундаментальной задачи невозможно без исследования подготовительной стадии вспышки. Прикладным аспектом задачи является создание методов краткосрочного прогноза солнечных вспышек как в научных, так и в практических целях. Научные цели краткосрочного прогноза определяются, прежде всего, необходимостью заблаговременного наведения обладающих высоким пространственным разрешением и вследствие этого малым полем зрения бортовых и крупных наземных телескопов.

Под действием мощного рентгеновского излучения и потоков высокоэнергичных частиц от вспышек может на время или окончательно выходить из строя аппаратура космических аппаратов. Широко известны случаи выхода из строя систем энергоснабжения, нефте- и газопроводов, систем компьютерной связи. Показательным в этом аспекте является создание в промышленно развитых странах национальных программ и служб космической погоды, необходимым элементом которых является прогноз солнечных вспышек.

Тем не менее, несмотря на многолетние интенсивные исследования, подготовительная стадия солнечных вспышек остается наименее понятной стадией развития активной области [75]. Менее однозначным является мнение исследователей относительно геоэффективности исчезающих волокон. Эта неоднозначность в значительной мере обусловлена тем фактом, что трудно выделить "чистые случаи", когда воздействие потоков плазмы от эруптивных протуберанцев на околоземное

космическое пространство не накладывается на воздействие высокоскоростных потоков от вспышек и корональных дыр.

Сильным аргументом сторонников гипотезы о геоэффективности внезапно исчезающих волокон является установленный в работе [91] факт, что 50% тран-зиентов, наблюдавшихся на коронографе Скайлаба в белом свете, было связано исключительно с эруптивными протуберанцами (без вспышек) и 70% было связано с эруптивными протуберанцами или исчезновениями волокон со вспышками или без них.

В некоторых работах обосновывается возможность генерации низкоэнергичных протонов в процессе исчезновения волокон [120-121]. В случае реальности таких процессов проблема геоэффективности исчезающих волокон приобретает новый аспект.

Кроме того, вне связи с "чистыми случаями" активизация волокна в активной области, как правило, является составным элементом мощной, в том числе и протонной, солнечной вспышки и явление активизации волокон широко применяется в практике прогнозов в качестве критерия предвспышечной ситуации [106, 139]. Поэтому заключение о вероятности появления и разрушения волокон в активной области должно играть достаточно важную роль в предсказании геомагнитной активности. Если учесть еще и тот факт, что и волокна и солнечные вспышки во многих случаях появляются на определенном (послемаксимальном) этапе развития активной области, то кажется вполне оправданным их совместное рассмотрение при изучении подготовительной стадии солнечных геоэффективных событий.

Такая ситуация существовала вплоть до конца 1993 года, когда появилась работа Гослинга "Миф солнечной вспышки" [80]. В этой работе на основе анализа характеристик солнечного ветра и высокоэнергичных частиц на орбите Земли и частоты появления больших нерекуррентных магнитных бурь был сделан вывод, что все эти бури обусловлены выбросами корональной массы, порожденными ими ударными волнами и ускоренными этими волнами частицами. При этом утверждается, что солнечные вспышки не играют фундаментальной роли (с точки зрения причины и следствия) в возникновении быстрых выбросов корональной массы и,

следовательно, в возникновении больших и самых больших нерекуррентных геомагнитных бурь. Центр тяжести связи выбросов корональной массы с событиями на поверхности Солнца переносится от солнечных вспышек к эруптивным протуберанцам.

В середине 1995 года Американский геофизический союз организовал специальную сессию для обсуждения выдвинутой Гослингом новой парадигмы причины и следствия в солнечно-земной физике. В течение последних лет опубликован целый ряд работ, в которых прямо или косвенно выражается отношение авторов к парадигме Гослинга [70, 81-82, 85, 87, 89-90, 114, 131]. Не вдаваясь в детали этой дискуссии (она рассматривается в главе IV), можно сделать вывод, что полное понимание связи между событиями на поверхности Солнца и вызываемыми ими явлениями в околоземном космическом пространстве все еще отсутствует. Неясными остаются и причинно-следственные связи между выбросами корональной массы и солнечными вспышками и эруптивными протуберанцами. При этом полное отрицание роли вспышек в больших геомагнитных возмущениях, по-видимому, не является оправданным. В этой связи актуальность исследований геоэффективных эруптивных событий, включающих как солнечные вспышки, так и эруптивные протуберанцы, не только не снижается, но и приобретает новое качество.

Исходя из представлений о том, что выбросы корональной массы могут быть связаны как с мощными солнечными вспышками, так и эруптивными протуберанцами, мы определили основную цель настоящей работы: исследование подготовительной стадии солнечных эруптивных событий, выделение ее характерных признаков и использование этих признаков для создания алгоритмов краткосрочного прогноза солнечных геоэффективных событий.

Эта цель достигается решением ряда конкретных задач:

— Исследовать эволюцию активных областей в полном и поляризованном микроволновом излучении, выделить признаки, характеризующие предвспышеч-ную стадию.

— Определить, существует ли связь между динамикой магнитного поля комплекса активности и возникновением, развитием и разрушением темных волокон (протуберанцев на диске Солнца).

— Разработать физически обоснованные методы для краткосрочного прогноза солнечных эруптивных событий.

— Исследовать проявления выбросов корональной массы в микроволновом диапазоне и их связь с солнечными вспышками и эруптивными протуберанцами.

Работа состоит из четырех глав и заключения. В первых трех главах рассматривается подготовительная стадия эруптивного события, под которой мы понимаем стадию запасения энергии для последующего взрывного выделения. В первой главе изучается распределение поляризации микроволнового излучения по активной области и его связь со вспышечной активностью, в то время как во второй главе исследуются проявления предвспьплечной стадии в поведении полного потока микроволнового излучения. Третья глава посвящена анализу связи между изменениями магнитного поля вблизи линии раздела полярностей продольного магнитного поля и возникновением, развитием и разрушением волокон.

Эти три главы объединены общим методическим подходом, заключающемся в раздельном рассмотрении этапов развития активных областей и комплексов активности, сопровождающихся и не сопровождающихся накоплением непотенциальной энергии магнитных полей. При сравнении путей развития выделяются признаки, характеризующие подготовительную стадию, и на основе этих признаков разрабатываются алгоритмы краткосрочного прогноза эруптивного события.

В четвертой главе излагаются результаты наблюдений выбросов корональной массы в микроволновом излучении и их связь с исчезающими волокнами и вспышками. С учетом изложенных в четырех главах диссертации результатов проведен анализ аргументов Гослинга и мнений участников последовавшей дискуссии и сформулировано наше отношение к проблеме причины и следствия в солнечно-земной физике.

Материалами для исследований глав I, II и IV служили одномерные сканы распределения полного и поляризованного излучения по диску Солнца, получен-

ные на Сибирском солнечном радиотелескопе (длина волны 5,2 см). Характеристики этого инструмента описаны в работе [48]. Здесь отметим только, что угловое разрешение телескопа составляет 17" - 30", временное разрешение в рутинных наблюдениях 2,5 -т- 5 мин и время ежедневных наблюдений от 6 часов зимой до 10 часов летом.

Глава I посвящена изучению распределения поляризации микроволнового излучения по активной области и его связи со вспышечной активностью. Наше рассмотрение основано на основе учета физических особенностей генерации микроволнового излучения в области источника 8-компонента и на пути его распространения в короне активной области. Этими особенностями являются направленность поляризованного излучения вдоль магнитного поля в области генерации и изменение знака круговой поляризации при взаимодействии обыкновенной и не-ооыкновеннои мод в ооласти квазипоперечного магнитного поля в короне. В наблюдениях указанные особенности проявляются, как отсутствие поляризованного компонента излучения в прилимбовых областях и смена знака поляризации при прохождении активной области по диску Солнца. Таким образом, без всяких изменений в структуре магнитного поля, а только при изменении угла между лучом зрения и направлением магнитного поля при вращении Солнца тип распределения поляризации активной области последовательно изменяется при ее прохождении по диску от неполяризованного к униполярному и биполярному в восточном полушарии и в обратном порядке при переходе в западное полушарие. Поэтому физически обоснованный критерий предвспышечной ситуации должен учитывать не только тип распределения поляризации, но и положение активной области на диске Солнца. Это обстоятельство совершенно не учитывалось в известном критерии Та-наки-Эноме, чем и обусловлены неоднократные случаи неудовлетворительного прогноза по этому критерию.

В предложенном нами в разделе 1.1 критерии этот учет осуществляется выделением на диске Солнца долготных зон с характерным "нормальным", то есть не приводящим к возникновению мощной солнечной вспышки распределением поляризации. При этом признаком предвспышечной ситуации считается не принадлеж-

ность распределения поляризации к определенному типу, а отклонение наблюдаемого распределения от нормального в той зоне, где находится данная активная область.

Изложенные в разделе 1.2 результаты ретроспективного прогноза мощных солнечных вспышек по критерию Танаки-Эноме и предложенному нами критерию показали более высокую оправдываемость последнего, что можно рассматривать как подтверждение правильности нашего подхода.

Оба указанных эффекта зависят от угла между лучом зрения и направлением магнитного поля, поэтому появление и исчезновение поляризованного компонента микроволнового излучения в притшмбовых областях, а также явление смены знака поляризации также будут зависеть от этого угла. Так как прямые методы определения этого угла в короне отсутствуют, была впервые предпринята попытка определения угловой зависимости косвенно: по гелиошироте группы пятен, ее протяженности и углу наклона оси группы пятен относительно экватора. По результатам статистического исследования были получены зависимости временных параметров явления смены знака поляризации от указанных выше характеристик активной области в оптическом излучении как по отдельности, так и от их комбинаций. Таким образом были определены индивидуальные для каждой активной области границы центральной зоны (раздел 1.3).

Далее, в разделе 1.4 было исследовано поведение активных областей различного магнитного класса в полном и поляризованном излучении при выходе их из-за восточного лимба и заходе за западный лимб. Были выявлены различия в поведении поляризованного компонента для вспышечных и спокойных групп пятен и определены границы для прилимбовых долготных зон.

Полученные результаты позволили создать алгоритм краткосрочного прогноза мощных солнечных вспышек по распределению поляризации микроволнового излучения по активной области (раздел 1.5). Важным достоинством предложенного способа прогноза является возможность предсказания вспышек в активных областях, находящихся вблизи лимбов и даже за ними, что недостижимо для других методов прогноза.

Наблюдаемые отклонения распределения поляризации микроволнового излучения на предвспышечной стадии объясняются про�