Структура временных и динамика энергетических спектров жесткого рентгеновского излучения солнечных вспышек тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК . ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф.ИОФФЕ

РГ6 ол

На правах рукописи'

ДМИТРИЕВ Павел Борисович

УДК 523.98

СТРУКТУРА ВРЕМЕННЫХ И ДИНАМИКА ЭНЕРГЕТ1Г-1ЕСКИХ СПЕКТРОВ ЖЁСТКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК

(сптгаалыюсть 01.03.02 - астрофизика, радиоастрономия)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соиеканиэ учЗной степени кандидата ^иаико-математичосгаьх наук

С Л НК Г - ■ ПЕГ Н ГГУРГ

РьО^та выполнена в Физико-техническом института им.А.Ф.Иоффе Российской Академии наук.

Научный руководитель - кандидат физико-математичосгмх наук

Ю.Е. Чариков.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук

Л.В. Степанов,

диктор физико-математических наук И.Е. Погодин.

Ведущая организация - Главная Астрономическая Обсерватория РАН.

Защита^ диссертации состоится " £" Л^^иГ 199 ^ г. в {¿"час. на заседании специализированного Сопета Д 003.23.01 в Физико-техническом институте-ж... А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, С.Петербург, ул. Политехническая, 2в.

С диссертацией мола-го ознакомиться в библиотеке ФГИ,

Автссофграт разослан " С " 190-? г.

./ЧсгГй сч-кретс:?!-

совета л '¡и;. 23.01 к.чндиг.а; нчук г я.Л.СрОели.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Исследование солнечных вспышек в рентгеновском диапазоне длин волн является неотъемлемой частью комплексного изучения процессов солнечной активности, которые представляют собой как чисто научный интерес с точки зрония теории эволюции и активности звбзд, так и практический - с целью прогнозирования мощных солнечных событий для осуществления безопасности космических орбитальных полбтов.

Во время солнечных вспышек в хромосфере и короне Солнца происходит процесс быстрого высвобождения огромного количества энергии (до 10Э2эрг), сопровождающийся уюзким усилением электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн (от радиоволн до >--квантов), ускорением заряжэшшх частиц вплоть до релятивистских энергий, ударншли волнами, выбросами и движениями поте ков атмосферной солнечной плазмы. Рентгеновское излучение в силу своей высокой проникающей способности, проходя значительные толщи плазмы в солнечной атмосфере и значительные расстояния межпланетного пространства, почти без искажений ■ достигает орбиты Земли, и поэтому является непосредственным источником информации о процессах ускорения и торможени заряженных частиц, генерируемых во время взрывной фазы солнечной активности. Изучение временных и энергетических спектров этого излучения позволяет исследовать физическую природу согаечных вспышек: указать, кьние из существующих механизмов генерации рентгеновского излучения преобладают нг определЗкных этапах их развития, дать информацию как об энергетических спектрах ускоренных частиц, их количестве и энергии так и о тепловых процессах, протекающих во вешшочких областях солнечной хромосферы и короны.

В связи с тем, что регистрация рентгеновского излучения Солнца возможна только за пределами земной атмосфооы на рэкотпх, баллонах, орбитальных космических станциях или искусственных спутниках Земли, то актуальными в данной области научного исследования являются ещЭ и задачи, связанные с разработкой и о».'данном на базе современных ЭВМ сп шшлизированных диалоговых вычислительных систем для оперативной обработки и физической пи терпретации больших объбмоз информации, получаемы? во вромя 'проведения научных космических экспериментов.

Цель работы. Целью диссертационной работы являлась обработка и физическая интерпретация имеющегося обширного экспериментального мчтериада по измерению временных и энергетических спектров жесткого рентгеновского излучения Солнца, полученного в результате проведения космического экспоркманта "Прогноз-7" ь период с ноября 1978 года по май 1979 года включительно, а именно:

1. Разработка оригинальных методов обработки спектрометрических данных, обусловленных спецификой проведения космического эксперимента "Прогноз-7";

2. Создание библиотеки прикладных программ на основе разработанных и общеприменяемых. методов с целый организации на базе современной ЭВМ серии ЕС диалоговой вычислительной системы для обработки имеющегося экспериментального материала и окидаемых данных подготавливаемого к проведению космического экспэримента серии "КОРОНАС";

3. Исследование структуры временных и динамики ' энергетических спеитров рентгеновского излучения солнечных вспышек;

4. Опенка значений физических параметров областей ускорения частиц и областей рентгеаовского излучения, горячей вспышечной плазмы.

Научная новизна работы. В методическом плане научная новизна работы состоит

1. разработке двух оригинальных методов обработки рентгеновских-, данных, первый из которых позволяет повысить точность и достоверность оценки параметров "нетепловой" и "квазитепловой моделей энергетического спектра рентгеновского излучения, а второй - разделять исходный рентгеновский временной спектр на "тонкую"- временную составляющую (импульсную) и медленно меняющуюся компоненту ("подложку"), которые, как общепринято, обусловлены различными механизмами генерации кбсткого рентгеновского излучения;

2. создании диалоговой вычислительной системы для ' обработки рентгеновских спектрометрических данных, содержащей в себе_ разработанные оригинальные методы, алгоритмы ■ и пакеты прикладных программ и основанной на базе современной ЭВМ серии ЕС;

3. разработке двухмерной классификации форм временных спектров рентгеновских солнечных вспышек, которая позволяет обобщить их временные структуры по характеру (скорости) энерговыдоленпя.

В научно-исследовательском плане, наиболее интересными и новыми в области исследования жбсткого рентгеновского излучения солнечных вспышек являются следующие результаты:

1. впервые, ра большом статистическом материале (242-события) при помощи разработанной классификации, проведбн анализ форм временных спектров рентгеновского излучения солнечных г-^пыьек, измеренных с временным разрешением 10.24 с в диапазоне энергии 30-40 кэВ; обнаружено, что отдельные рентгеновские всплески имеют "двойную" временную структуру, которая за время протекания рентгеновской вспышки реализуется единожды или многократно;

2. для 74 . рентгеновских вспышек в онергетичес. ом диапазоне 20-80 кэВ произведена оценка значений параметров и их доверительных интервалов для "нетепловой" и "квэзитепловой" моделей энергетического спектра рентгеновского излучения в зависимости от времена с разрешением 10.24 с, что обосновывает следующую физическую картину протекания взрывнбй фазы солнечной вс'пмки.

В начальной стадии рентгеновского события происходят генерация жбсткого рентгеновского излучения потоком ускоренных ьо время вспышки заряженных частиц (электронов) с последующим разогревом окружающей плазмы до температур <*108к. Затем теплоЕой механизм в генерации жбсткого рентгеновского излучения становится доминирующим и горячая область, расширяясь, постепенно остывает.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработан-' ная библиотека прикладных программ, реализованная на базе 0ВМ серии ЕС и компьютерах серии РС, позволяет за считанный часы проводить обработку данных солнечной активности сразу же после получения информации с орбиты спутника, что до настоящего времени составляло временной интервал от нескольких месяцев до нескольких лет. Причбм, разработанные методы обработки временных спектров (как временных рядов) и методы аппроксимации аноргети-ческих спектров рентгеновского из пучения солнечных ьсгпшек могут успешно применяться в широкой области как экспериментальны.*, тон и теоретических физических исследований.

- 6 -

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Библиотека прикладных программ для обработки и интерпретации экспериментальных данных рентгеновского излучения Солнца, состоящая из 85 программных единиц' общим объбмом около 5300 команд алгоритмического языка высокого уровня "ФОРТРАН-4" и реализованная на базе современной ЭВМ серии ЕС."

2. Методы обработки сигналов дискретной формы:

а), метод докодировки исходных экспериментальных данных, учитывающий вид фуяьщш распределения потока регистрируемых частиц;

б), метод разделения исходного сигнала на две положительно определённые компоненты: высокочастотную (состоящую из "тонкой" временной структуры исходного сигнала с напербд заданным характерным г-ременным масштабом) и низкочастотную (медленно меняющуюся) коишоненту,

3. Результаты обработки временных спектров рентгеновского излучения Солнца, измеренных в энергетическом диапазоне 30-40 кэВ во время проведения космического эксперимента "Прогноз-"":

а) каталог солнечных рентгеновских вспышек за период с ноября 197£ года по февраль 1979 года Включительно; и) двухмерная классификация форм временных профилей солнечных рентгеновских всплесков и результаты статистического анализа структур временных спектров 242 солнечных рентгеновских вспышек на основе предложенной классификации.

4. Результаты обработка энергетических спектров 74 рентгеновских солнечных вспышек, зарегистрированных в энергетическом диапазоне 20-80 кэВ во время проведения космического эксперимента "Г!рогноз-7":

а), физические закономерности динамики энергетических спектров "нетеяловой" и "квазитепловой" моделей механизмов генерации рентгеновского излучения для характерных форм временных структур рентгеновских всгоиек;

С) оценка величин физических параметров областей ускорения час-тяд (потоков ускоренных электронов и их энергии) и областей излучения горячей вспышечнвй плазмы ( температуры, меры эмиссии, уьгк1'.тнсго поля, ограничивающего излучающий объ5м, и его времени остывания из-за столкковительншс процессов: для 74 солнечных событий.

Апробация материалов, вошедших в диссертацию и публикации. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, были представлена: на Всесоюзную конференцию "ЕС :ЭГ>М" (Пулково, ГАО, 1977): на IX Всесоюзный семинар по космофизике (Ленинград, 1978 г.); на XXI и на XXIII сессии К0СПАР(Инсбрук,1978г.; Венгрия,1960г. ) ; на собрание секции "Радиоизлучение Солнца" (Рига, РАО, 1979); на семинар рабочей группы "Волны в атмосфере Солнца" (Тбилиси 1983);

на совещание Секции СПС и УТТ семинара "Генерация и распространение солнечных космических лучей" (Апатиты, 1939);

Hfl СОВещаНИЛ рабОЧИХ ГРУПП: "Dynamjc3 of Solar Fiares" (Cb.nntil-ly, France, 1990); "Pnrticale Acce1arati on in tho Sun, H9I10-sphere and GMaxy" (Delaware, USA, 1902)',

на семинары лаборатории Ядерной космической физики ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН, здесь же работа докладывалась целиком и полу-'-■ла одобрение.

. По тегие диссертации тлеется 10 публикаций. Список работ приведЗн в конце автореферата.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трбх глаз, заключения и трёх приложешй и содержит 148 страниц, в том числа 23 рисунка, 9 таблиц и список литературы, включающий 143 работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, формулирована цель работы, eö новизна, научная и практическая значимость, приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан обзор теоретических представлений о солнечных вспышках как физическом явлении, рассмотрены основные методы и результаты исследований солнечной активности в рентгеновском диапазоне длин ил!. В §1.1 дано понятие солнечной вспышки, как проявления одной из энергетических форм солнечной яктим'о:-ти, рассмотрены типы солнечных вспышек, наблюдаемых в широком диапазоне длин ьолк. и виды их классификаций. В il.Р. рассматриваются основные msxohipw генерощш жесткого рентгеносского излучения: тормозной, магнитптормозкой и оСротшЯ Коматонг.! ewit

механизмы. На основе существующих теоретических положений показывается, Мто в условиях солнечной хромосферы и короны реализуется первый из них [1] и что осноеным источником генерации жбст-ього рентгеновского излучения солнечных вспышек являются либо электроны, ускореннее ьо время их взрывной фазы, либо электроны солне .ной плазмы, "разогретые" до темпоратур <*10вк [2]. В §1.3 приводится краткий обзор основных экспериментальных результатов пс измерению рентгеновского излучения солнечных вспышек и отмечается тот круг научных проблем, которые могут быть решены на основе анализа данных космического эксперимента "Прогноз-7". В §т.4 описываются основные типы моделей солнечных вспышек [2] ("тепловые" я "нетепловые"), объясняющие наблюдаемое рентгеновское излучение. Показывается, что при рассмотрении генерации жёсткого рентгеновского излучения взрывной фазы солнечной вспышки предпочтение отдается "нетепловым" моделям: модели "толстой шзпени" и модели "магнитной ловушки с высыпанием частиц". И в заключение первой главы в 51.5 рассматривается обобщенная картина взрывной фазы солнечной вспышки во всём наблюдаемом диапазоне излучения (3).

Вторая глава по своему содержанию является методической. В ней излагаются разработанные методы и даётся описание диалоговой вычислительной системы для обработки временных и энергетических спектров рентгеновского излучения Солнца. В 52.1 обосновываются методы предварительной обработки результатов измерений спектрометра PiC-IM: вычитание фоновой компоненты и декодировки значений! зарегистрированной скорости счЗта рентгеновского излучения. В перве случае показано, что для данных прибора РГС-IM достаточно учитывать фон, кяк постоянную величину, вычисляемую по до-вспышечному участку записи фоновой составляющей. Во втором слу-чпе разработан метод, позволяющий рассчитать коэффициенты квэ-зплогар:1.>шческсй системы деквантования скорости счбта спектрометра РГС-IM с учбтом функции распределения (закон Пуассона) регистрируемого потока квантов. Восстановление такой системой де-KoiuipoEKH зарегистрированной скорости счЗта позволяет уменьшить вклад о^бкн "квантования" сигнала прибором РГС-IM в оценку -. параметров физических моделей энергетического спектра рентгэнсв-ексго излучения. В 52.2 приводятся методы линейной фильтрации

дискретных временных рядов и разработанный на их основе метод разделения сигнала на положительно определенные компоненты с нэпе р5д заданным характерным вромешшм масштабом. Этот метод позволяет отделять "тонкую" (импульсную) временную структуру рентгеновского излучения от медленно меняющейся компоненты ("подложки"), которые, как общепризнано, являются проявлением двух различных механизмов генерации рентгеновского излучения.Так как эти компоненты неотрицательны, то можно изучать их энергетические характеристики пс отдельности. В результате исследования метода на численных данных показано, что он надежно выделяет "тонкую" временную структуру тестовых рядов и ошибка этого выделения нь превышает 10% от максимального значения ' тестовой составляющей. В §2.3 даются основные положения теории восстановления энергетических спектров источников излучения применительно к данным жЭсткого рентгеновского диапазона прибора РГС-1М. Результат процесса регистрации скорости счбта за коне .ный промежуток времени л4при спектрометрических измерениях описывается уравнением ( .):

С V

ц -л / гйе .г "'ие1 ^(е.уыу. (i)

К V

« 1

где - регистрируемая в 1-ом амплитудно-импульсном диапазоне прибора скорость счбта за промежуток времени д1 (1-1.2. ...м); ке)-дифференциальный спектр источника излучения; г(е.v)-приборная функция; е , еа-грангаш энергетического диапазона, в котором излучает источник; ^ , у( ^ 1 -границы ]-го амплитудно-импульсного диапазона прибора. Благодаря наземным калибровочным измерениям спектрометрического прибора РГС-1М уравнение (I) приводится к

с

виду: м -4,1 1!Е)-3 (Е)аЕ, (2)'

с

)

гдэ е), е -границы энергетических диапазонов, в которых производится измерение излучения источника и которые соответствуют амплитудно-импульсным границам прибора ^ , \/).,; а э ( 1Е) -эффективная площадь прибора для соответствующего 1-го энергетического диапазона. Так как значения параметров 3(<г> извосты:

б результате калибровочных измерений, то задача восстановления энергетического спектра источника ке> по измеренным скоростям счбта ^1 за время д4в у энергетических каналах прибора сводится к определению оценок параметров конкретных моделей спектров

ректгеновского излучения из уравнения (2) по известным значениям величин р ",е ,е (е). Для решения этой задачи в диссертационной работе применяется метод, позволяющий получить точечные оценки парамотров модели и их доверительные интервалы для каадо-го параметра модели в отдельности. Суть применяемого метода заключается в следующем: производится линеаризация правой части уравнения (?.) по параметрам модели; составляется избыточная система условных линейных уравнений для измерений в М -энергетических каналах спектрометрического прибора относительно первых приращений параметров; из дополнительных условий выбирается начальное приближение и, посредством итерационного процесса Гаусса-Ньютона, производится уточнение значений параметров модели решением составленной избыточной системы на каждом итерационном шаге. Конкретная реализация этого метода для двух моделей энергетического сггектра рентгеновского излучения —"квазитепловой" и "нетэпловсй" - приводится в §2.4. "Нетепловая" модель спектра рентгеновского излучения солнечных всгшшек описывается следующим уравнением [5]: 1(Е)=к-е"^', (3)

где не) - дифференциальный спектр источника излучения, в единицах фот./см2/с/кэВ; а к и у - параметры модели. Условие линеаризации уравнения (2) в этом случае дэ5т следующую избыточную систему условных уравнений (4=1.2.....м; где м>2):

Зг, (к.»)

ск

эг (к.>-) <к~ко)+—:-

Зг

-Г(К„.г„), (4)

где г1 ск.м-д,/е^'к-е г (Е)йЕ.

■1

Так как <е> достаточно плзено меняется с энергией в диапазоне 20-00 кэВ, то она аппроксимируется в н?м линейной зависимостью: sJ(Е)-д,«Е+в, внутри какдого )-го энергетического канала прибора с точность» £34». В этом случае интегральные коэффициенты системы (4) выражаются в аналитической форме. Начальное приближение для оценки пграметров к и с выбирается из условий логарифмирования урагнокия (3) и записи его для результатов измерений е м энергетических каналах, благодаря чему составляется следующая пзбыточк'ая система условных линейных уравнений относительно ;пп 1". : \г.<и /г (е).те -е ;/д, 1 «1л <к: -г•: п е° ). (5)

1 4 * « I ' <

Полагая '■ ■'Е ♦ £ >'2, г/ст&му .(5) можно г-ешить относительна

параметров 1п(к>, г. Тем самым получается начальное приближение ко и у для системы (4). Затем значения параметров к и г уточняются при помощи итерационного процесса Гаусса-Ньютона до заданной степени точности. Для "квазитепловой" модели энергетического спектра рентгеновского излучения от оптически тонкой, горячей, сильно ионизованной плазмы солнечных вспышек начальное приближение берётся по модели этого спектра, где Гаунт-фактор аппроксимирован в области энергии 20-100 кэВ с точностью "15% (б]:

ие)-1.3-103- ем-е*р(-е,, (6)

е -т

а в качестве основного представления "квазитепловой" модели при составлении избыточной системы условных уравнений, аналогичной системе (4), берЗтся более точное выражение, где Гаунт-фактор аппроксимирован в данной области энергии с точностью <=»2% т:

1(Е)"1.16'10 " (7)

Здесь, в обоих случаях, е - энергия, выраженная в кэВ, а ем -мера эмиссии и т - температура, выраженные, соответственно, в 1045см"э и в кэВ, - параметры модели, параметры излучающей плазмы. Оценка начального приближения параметров ем и т получается из отношения измеренных дифференциальных потоков рентгеновского излучения, представленных в форме (в), любых двух энергетических каналов прибора РГС-1М. Интегральные коэффициента избыточной системы (4),' в данном случае не имеющие аналитического представления, вычисляются численным методом с точностью Далее показано, что вышепредлокешшй метод был исследован на тестовых данных и дабт точность в определении оценки значений параметров обеих моделей основе методов, изложенных ео второй главе,

на базе ЭВМ серии ЕС была разработана диалоговая вычислительная система, краткое списание и назначение которой дэйтся в 52.5.

В третьей главе приведены основные научные результаты (статистические и физические закономерности, значения физических параметров) исследования кбсткого рентгеновского излучения солнечных вспышек, измеренного во время проведения космического эксперимента "Прогноз-?" за период с ноября 1973 по май 197Э гг. В 53.1 отмечЕчтса, что анализируемые данные представляет собой скорости счбта погоко:; квантов, измер-т.1ше сщ^тлллл^онгам детекторам в энергетических диапазонах: СС—2С-, 30-4С, 40-^0,

80 каВ,- с временным разрешением 10.24 с. Чувствительность детектора составляла "3 •10"вэрг/см2/с. При ооработке этой информации за период с ноября 1Э78 по февраль 1970 гг. выявлено более 230 всплесков жесткого рентгеновского излучения с энергией фотонов >20 кэВ. На осново этих отобранных дьншх за указанный период и енерготическом диапазоне 30-40 каЬ: был составлен каталог солнечных рентгеновских всплесков, содержаний 204 события и оценена временная корреляция этих событий с оптическими вспышками в линии На. Показано, что 7Ь% рентгеновских вспышек сопровождается оптическими вспышками в линии На. Это подтверждает солнечную природу происхождения измеренных всплесков, поскольку диаграмма направленности детектора охватывала весь диск Солнца. Дпнные каталога даются в приложении I диссертации. В §3.2 приводятся результаты по изучению характерных структур временных спектров солнечных рентгеновских вспышек в энергетическом диапазоне 3040 кэВ с временным разрешением 10.24 с за весь период проведения эксперимента. С этой целью была разработана двухмерная классификация форм временных профилей рентгеновских событий. Особенность этой классификации заключается в том, что она обобщает виды профилей рентгеновских вспышек, "абстрагируясь" от мощности событий. На основе этой классификации проанализированы временные структуры 242-ух рентгеновских вспышек, временные спектры которых представлены в.приложении II и в приложении III диссертационной работы. Результаты этого анализа: характерные типы временных профилей, присущие солнечным вспышкам, и обнаруженная статистическая закономерность в распределении числа событий в зависимости от типа временного профиля - представлены на рис.1. Из рисунка видно,' что: а) распределение числа событий по типам временных профилей данной классификации является двухмодальным; это говорит о существовании двух больших груш вспышек, физические условия формирования временных профилей которых должны быть различными; б) существует временная структура вспышек ("тонкий" пик на фоне боле., длительной компоненты), которая по своему расположению на диаграмме должна быть либо "переходной" формой между этими двумя большими группами, либо проявлением одной из них в более частном случае. Далее отмечается, что для объяснения этого обнаруженного факта необходимо привлечь дополнительную информа-

Рис.1. Распределение 242 "рентгеновских всплесков (диапазон энергии 30-40 кэВ) в зависимости от типа временного профиля.

шло: физические особенности энергетических спектров рентгеновских всхлшек. В §3.3 приведены результаты оценки значений параметров и их доверительных интервалов "нетепловой" и "квазитопло-вой" моделей спектра рентгеновского излучения в зависимости от времени для 74 рентгеновских вспышек. Характерные временные изменения этих параметров в энергетическом диапазоне 20-80 кэЗ на примере конкретных событий различных групп временных профилей приведены на рис.2-рис.5. На основе этих данных, в поведении показателя спектра "нетепловой" модели обнаружены следующие закономерности: максимум жёсткости "нетепловой" модели спектра (минимум значения параметра г) приходится для вспышек группы I (71.4'i) на стадию роста (рис.2);для вспшгек группы II (71.9») на "ступеньку" стадии роста события или на стадию максимума'первого более короткого по длительности пика (рис.3, рис.4): для вспышек группы III (78.9%) на стадию роста каждого пика в отдельности (рис.5). Такое поведение параметра г подтверждает одинаковую физическую природу формирования временных структур Еспышек группы I и группы III с группой II, где первый более короткий по длительности пик тоже существует, но не "разрешЗн" на фона более протяжённого. Отсюда делается вывод: форма временного спектра

у

§0,2 О

го

/5 10 5 о

vв$

\ х-1(3<И0»8)

л-Х

0020:40 т

.........

0022 '-кг ит ■ ......

Рис.2. Характерное временное изменение пара-0 метров и их доверитель-X них интервалов "нетеп-£ ловой" и "квазитешю-£ зой" моделей онерге^и-1| ческого спектра рентге-^ новского излучения для солнечных вспышек группы I на примере события подгруппы 1.2:

03.02.79 0020:10 ЦТ.

.-Т *- ЕМ

."V. . 1

0524.79

;

¡¡-Мзо-шн]

К* ;

....................

СМ*

0,3

д2 Рис.3, Характерное временное изменение параметров и их д о варите л ь-д них интервалов "нетепловой" и "квазитепловой" моделей энергети-<> ческого спектра рентгеновского излучения для 5 солнечных всгашек группы II на примере собы-< тин подгруппы 11.1:

015.24.79 1331:01 иТ.

;$з иг

Ош£22±!

IMfiJ

rf?T7 ■ ■. .7У1 frrrfrf^

Й4

ьГ

ZW

os/2: го

08iS'2't UT

ь 3

г 1 о

■ - ■ ■ ■ *......

11 ■ 111

Рис.4. Характерное вро-менное изменение параметров и их доверительных интервалов "нетепловой" и. "нвазитепло-вой" моделей энергетического спектра рентгеновского излучения для солнечных вспышек группы II на примере события подгруппы 11.2: 02.12.79 0011:30 ЦТ.

ем 40111

СМ

50

со

J? °-5

i qa

u >:

i О, * и в

(zi-

UP? х

' a I j • > ■ и ■1 ■1 •

ичлъ.п

* vb^bv \ x-ighhom)

J-t-flUi I I I III I I I.I I .iWyrtyüu

J

го 10 0 a

4

ъ 1 f

Рис.5. Характернее временное изменение параметров и юс доверительных интерзалов "н-:теп-лов-jrt" h "кваплтелло-вой" моделей оиерготк-ческого спектра |/з1П'П!-

ИОВСКОГО ИЗЛуЧг:г»!Я ДЛЧ солнечных ¿?сг!!г.1';и г-руrinn III на nph;,Wfi.' сзбытия подгр'тгга III.!: Ci.I3.74 ГСИЭ;37 Of.

«50 i07

№3HQ UT

вспышек группы II есть частное, довольно редкое, проявление общей формы, присущей группе I и группе III, где она реализуется единожды или многократно. Далее отмечается, что поведение параметров "нетепловой" и "квазитепловой1 моделей спектров и их доверительных интервалов позволяет обосновать следующую физическую картину протекания взрывной фазы солнечной вспышки: а) в начальной стадии рентгеновского события происходит генерация жесткого рентгеновского излучения потоком ускоренных во время вспышки электронов (максимум жбсткости "нетепловой модели спектра для большинства вспышек (80.3%) приходится на стадию роста рентгеновского всплеска: достоверность оценок параметров моделей и критерий согласия *' указывают на то, что с этой стадией события лучше согласуется "нетепловая" модель); б), на. стадии максимума события вступает в силу конкурирующий "квазитепловой" механизм генерации рентгеновского излучения (по имеющимся критериям трудно отдать предпочтение какому-нибудь определенному механизму); в) на стадии спада события, разогретая область вспышки, расширяясь, остывает (температура падает, а мера эмиссии растбт к концу события; критерий согласия ** и достоверность оценок параметров моделей отдают предпочтение "квазитепловой" модели генерации излучения). И в заключение §3.3 в табличной форме для этих же 74 событий приводятся оценки значений физических параметров областей ускорения электронов (величинь1 их потоков и энергии) и областей излучения гэрячэй вспышечной плазмы (значения температуры, меры эмиссии, магнитного поля, ограничивающего излучающий оЗъбм, и времени ого остываний из-за столкновителышх процессов) на момент максимума солнечного события и для всей вспышки в целом.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

ВЫВОДЫ

I. Создана диалоговая вычислительная система для обработки и интерпретации экспериментальных данных рентгеновского излучения Солнце которая включает в себя разработанные оригинальные методы, алгоритмы и пакеты прикладных программ, основана на базе современной 3?<М серии ЕС и предназначена для обработки информации космических экспериментов серий "Прогноз" и "КОРОНАС".

2. Разработаны и реализованы в виде программного обеспечения: метод декодировки исходных экспериментальных данных, учитывающим вид функции распределения потока регистрируемых частиц, и метод разделения сигнала на положительно определбнные компоненты.

3. Проведена обработка телеметрической информации, полученной во время проведения космического эксперимента "Прогноз-7". За период с ноября 1978 по февраль 1979 гг. в энергетическом диапазоне 30-40 кэВ составлеь каталог солнечных рентгеновских всплесков, содержащий 204 события. Дана оценка временной корреляции рентгеновских всплесков (75%) с оптическим излучением солнечных вспышек в линии Н .

а

4. Разработана двухмерная классификация форм временных спектров рентгеновских вспышек, зарегистрированных с разрешением 10.24 с в энергетическом диапазоне 30-40 кэВ. На основе этой классификации проанализированы временные структуры 242 рентгеновских событий и обнаружена следующая статистическая закономерность:

Отдельные рентгеновские всплески имеют "двойную" временную структуру, которая за время протекания солнечного рентгеновского события реализуется единожды или многократно, что говорит о.единообразии физического процесса формирования временных структур рентгеновских солнечных вспышек данного энергетического диапазона.

5. Для 74 рентгеновских вспышек в энергетическом диапазоне 20-80 кэВ произведена оценка значений параметров и их доверительных интервалов для "нетепловой" и "квазитепловой" моделей энергетического спектра рентгеновского излучения в зависимости от Бремени, что обосновывает следухтцую физическую картину протекания взрывной фазы солнечной вспышки:

В начальной стадии рентгеновского события происходит генерация жбеткого рентгеновского излучения потоком ускоренных во время вспышки электронов с последующим разогревом окружающей плазмы до температур -10*к. Затем тепловой механизм в генерации жЗсткого рентгеновского излучения становится доминирующи и горячая область, расширяясь, постепенно остыЕает.

6. Для этих же 74 событий оценены значения физических параметров , областей ускорения электронов (величины их потоков и энергии) и областей излучения горячей вспышечной плагмы (значе-

шш температуры, меры эмиссии, магнитного поля, ограничивающего излучающий объём, и времени его остывания из-за столкновительных процессов).

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:•

1. Архангельский В.В., Баскаков A.B., Деревицкий Ю.Г., Дмитриев П.Б., Кочаров Г.Е., ..азутков В.П., Матвеев Г.А., Найдёнов В.О., Семенцов A.A., Чариков Ю.Е. Наблюдения солнечного рентгеновского излучения в сентябре-октябре 1977 г.//Материалы X Ленинградского семинара по космофизике.-Л.:ЛИЯФ.-1978.-С.221-230.

2. Archangel ski/ V.V.. Baskakov A.V., Charikov Ya.E., Derevlts-kiy Yu.G.. Dmitriyev P.B.. Enikeyev AG.. Kocharov G.E., Lazut-kov V.P., Matveyev 6.A.. Naidenov V.O.. Savchenko M.I.,Sementsov A.A. Observation oí solar X-ray radiation on boad "Prognoz-6". //In:Proo.COSPAR XXI meetirm .-Inobruck (Austria).-1978,-P.336.

3. Archangelsk!/ V.V.. Baskakov A.V.. Charikov Yu.E., Derevits-kiy Yu.G., Dmitriytiv P.B., Enikeyev A.G.. Kocharov G.E.. Lazut-kov V.P., Matveyev G.A., Naiclanov V.O., Savchenko M. I., Sementsov A.A. Observation of solar X-ray radiation on boad "Prognoz-6". //(CUSPAR) Space Re search.-1979.-V. Vj .-P.381-3B4.

4. Архангельский B.B., Дмитриев П.Б..Матвеев В.Д..Рапопорт А.Н., Селицкая Г.В., Фарофонов В.Г.,Чариков Ю.Е., Яговкин C.B. Математические методы обработки информации, получаемой с рентгеновского спектрометра РГС.//Препрплт ФТИ им.А.ф.иоффэ АН СССР № 664; -Л.:ЛИЯФ.-1980.-57с.

5. Charikov /u.E.. Dmitriyev Р.В.. Kocharov G.E., Matveyev G.A., Naidenov V.O. The X-ray radiation of the solar flares during the trial period of S.M.Y.//In :Proc.COSPAR XXIII meeting.-Budapest (f'ingary) .-196C.-P.217.

6. К.ларов Г.E., Деревицкий Ю.Г., Дмитриев П.Б., Еникеев А.Г., Жданов A.A., Лазутков В.П., Матвеев Г.А., Найдёнов В.О., Савче. -ко M Tí., Чариков Ю.Е. Каталог всплесков рентгеновского излучения Солнца за период с марта по май 1979 г//Препринт ФТИ им.А.Ф.Иоффе Ali -ССР * 800.-Л. :ЛИЯФ.-1983.-37с.

7. Кочаров Г.Е.. Дмитриев П.Б., Матвеев Г.А., Найдёнов В.О., Чариков Ю.З. Нязлюцения рентгеновского излучения Солнца в период с марта по май If/s г.//Солнечные данные.-1983.7.-C.8I-8C.

8. Кочаров Г.Е.. Дмитриев П.Б., Еникеев А.Г., Лззутков В.П.«Матвеев Г.А., Савченко М.И., Сэлицкая Г.В., Чнриков Ю.Е. Каталог всплесков рентгеновского излучения Солнца за период С ноября 1978 г. по февраль 1979 г.//Космическое излучение высокой энор-гии.-Л.:ФТИ АН CCCP.-I989.-C. 39-102.

9. Charikov Yu.E., Dmitriyev Р.В. The temporal and energy spectra of X-ray emission of solar fJ ires.//Ядерная астрофизика. -СПб.:ФГИ РАН.-1991.-C.I46-I63.

10. Дмитриев П.Б. Решение избыточной линейной системы ¡'слоьных уравнений методом МНК.//Алгоритмы и математическое обеспечение для физических задач (Материалы по математическому обеспечению ЭВМ) * 3.-Л.:ЛИНФ.-1978.-С.Ш-П8.

Цитированная литеретура:

1. Корчак А.А. О возможных механизмах генерации жбсткого рентгеновского излучения при солнечных вспышках.//Астрон.ж..-1967. -1.44.-0.328-335. .

2. Vilmer N. Hard X-ray emission processes in ;olar flarea. //Solar Phya..-1987.-V. Ill. No.1.-P.207-223.

3. Arthur B.C.. Walker J.R. Multispectral observations comp-lementory to the study of high-energy solar phenomern.//Soljr Phye..-1988.-V.118. N .1.-P.209-229.

4. Hoyng P.. Stevens G.A. On the formation and unfolc" ng of pulse height distributions. //Astrophys. and Sp^ce 3ci..-197-1. -V.2/.-PT?07-321.

5. Kane S.R.. Anderson K.A. Spectral characteristics of impulsiv seiir flares X-ray > 10 k«V. //Astrophys.J.1970.-V.1.2.* —P .1003-1018.

6. Crannel 1 C.J.. Frost K.J.. Matzler C. . OhV.i K. . Saoa J.I,. Impulsive solar X-ray L jrsts .//Astrc^hys. J . .-VJ7P .-V. 222 . no.2. Pt.1.-P.C20-637 .

7. Matzler C.. Bai Т.. Ciannell C.J.. Fiost K.i. Adiabitit hunting in impulsive aolar flares //Aat] phys . J . .-1978.-V. 223, V:>. .. Pt.l.-P,1058-lP?l.

РТП ПИЯФ, эак.728, тир.100. уч.-изд.л.1;1б/Х1-ШЗ'.

Бесплатно