Космические исследования, 2019, T. 57, № 6, стр. 477-478

Одним из проявлений солнечной активности, приводящим к межпланетным и магнитосферным возмущениям, является выброс корональной массы (coronal mass ejection – CME) [3–6]. СМЕ в межпланетном пространстве наблюдается в виде ICME (interplanetary CME) [7, 8], которые характеризуются тем, что в них давление магнитного поля превышает тепловое давление плазмы (β < 1). Так как первоначально главным признаком ICME являлось высокое и скрученное в жгут межпланетное магнитное поле (ММП), то такие структуры получили название “магнитные облака (magnetic clouds – MC)”. Вскоре после обнаружения МС эксперименты показали, что в межпланетной среде очень много явлений с β < 1, но без высокого по величине и четкого вращения ММП [9–11]. Общепринятые количественные критерии, позволяющие надежно различить 2 типа ICME, в настоящее время отсутствуют. Например, при создании каталога крупномасштабных явлений солнечного ветра на основе данных архива OMNI (http://omniweb.gsfc.nasa.gov, см. статью [12]), который представлен на сайте Института космических исследований РАН (ftp://ftp.iki.rssi.ru/pub/ omni/), использовались следующие критерии для различий: для МС модуль магнитного поля должен достигать величины более 10 нТл и его компоненты описывать плавное вращение, для Ejecta какое-то из этих условий должно не выполняться [2]. Согласно этим критериям за 42 года (с 1976 по 2017 гг.) наблюдения солнечного ветра на различных КА было зарегистрировано 1407 Ejecta и 187 МС, т.е. случаев Ejecta наблюдается в ~7.5 раза больше, чем МС. Средние значения параметров и их средние временные профили за период 1976–2000 гг. представлены в работах [13, 14].

Для объяснения этих наблюдений в литературе обсуждаются 2 возможные причины: различия в их происхождении на Солнце и различия в наблюдательных условиях в межпланетной среде. В первом случае предполагается, что на Солнце могут формироваться различные типы СМЕ в соответствии с различными условиями, прежде всего, с различными величинами высвобождаемой энергии и с различной конфигурацией магнитного поля в области образования СМЕ. Во втором случае принимается во внимание тот факт, что результаты локальных измерений параметров ICME с помощью космических аппаратов (КА) зависят от траектории КА относительно оси ICME. В настоящей короткой заметке мы обсудим только некоторые измерения межпланетных параметров.

Различия в межпланетных параметрах Ejecta и МС обсуждались в ряде публикаций (см., например, статьи [14, 15] и ссылки в них), и в них обращалось внимание на экспериментальные свидетельства того, что различия могут быть связаны с относительной геометрией ICME и траектории КА. В недавней работе [1] было показано двойным методом наложенных эпох, что в центре МС плазменный β-параметр падает (модуль магнитного поля растет), а относительное содержание гелия Nα/Np растет. Этот факт был интерпретирован, как указание на то, что в центре МС расположен электрический ток, в структуру которого вносят заметный вклад ионы гелия (α-частицы). В другом подвиде ICME (Ejecta) минимумы β-параметра и максимумы содержание гелия Nα/Np в центре явления отсутствуют, хотя уменьшенная величина β-параметра в соответствии с определением ICME (β < 1) наблюдается в Ejecta, но она приблизительно постоянна на протяжении всего интервала наблюдения Ejecta.

Если предположить, что этот эффект полностью связан с геометрией наблюдения ICME, то это дает нам уникальную возможность оценить пространственный размер области с током в ICME. Предположим, что все ICME имеют одинаковую структуру, но в Ejecta в отличие от МС траектория КА проходит так далеко от тока, что спутник не регистрирует (не пересекает) ток. Так как траектория спутника может быть расположена случайным образом относительно оси ICME, то можно считать, что для всех ~1600 случаев регистрации ICME нашего каталога траектории КА приблизительно параллельны плоскости эклиптики и равномерно расположены относительно оси ICME. В этом случае отношение числа МС и Ejecta к полному числу ICME дает оценку линейного размера области с током и без него, т.е. ~12% (187/1594) линейного размера ICME занимает ток, а в ~88% размера ICME ток отсутствует. Нужно отметить, что двойным методом наложенных эпох определяется распределение положений экстремумов тех или иных параметров индивидуальных явлений по нормализованной длительности явления, а не сам размер экстремума, так как экстремумы могут в принципе занимать любое положение. Поэтому используемый подход позволяет оценить лишь верхний предел линейного размера тока в ICME, и реальные токи, по-видимому, имеют меньший размер в сечении ~1 млн км. Согласно нашим оценкам этот размер превышает границу характерных размеров между явлениями солнечного и локального происхождения [1, 16, 17], и поэтому этот электрический ток с повышенным содержанием гелия в основном был сформирован на Солнце.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект 16-12-10062.