1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Космические исследования
  4. T. 61, № 3, 2023

Космические исследования, 2023, T. 61, № 3, стр. 230-241

Корональное распространение солнечных протонов во время и после их стохастического ускорения

И. Ю. Григорьева 1, *, А. Б. Струминский 2, Ю. И. Логачев 3, А. М. Садовский 2

1 Главная астрономическая обсерватория Российской академии наук
Санкт-Петербург, Россия

2 Институт космических исследований РАН
Москва, Россия

3 Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Москва, Россия

* E-mail: irina.2014.irina@mail.ru

Поступила в редакцию 06.10.2022
После доработки 08.12.2022
Принята к публикации 12.12.2022

Аннотация

В эруптивных вспышках солнечные протоны стохастически ускоряются в широком телесном угле, далее эффективно удерживаются за расширяющимся фронтом коронального выброса массы (КВМ), который может как приносить протоны на силовую линию, идущую к удаленному наблюдателю, так и уносить их от нее. Рассматриваются 13 солнечных протонных событий 24-го цикла, в которых были зарегистрированы протоны с энергией (E) > 100 МэВ и которые сопровождались регистрацией солнечного жесткого рентгеновского (HXR) излучения с E > 100 кэВ детектором ACS SPI и γ-излучения с E > 100 МэВ – телескопом FermiLAT, с источником на западной полусфере Солнца. Первый приход солнечных протонов на орбиту Земли определялся в каждом событии по значимому “протонному” превышению над фоном ACS SPI во время или после HXR всплеска. Все события рассматривались относительно выбранного нами нулевого времени (0 мин) родительских вспышек. “Ранний” приход протонов на орбиту Земли (<+20 мин), наблюдавшийся в 4 событиях, соответствует “быстрому” ускорению электронов (10 МэВ/с). “Поздний” приход протонов (>+20 мин) соответствует “медленному” ускорению электронов (1 МэВ/с) и наблюдался в шести событиях. В трех событиях наблюдался “задержанный” приход протонов (>+30 мин), когда распространение КВМ ухудшало магнитное соединение источника с наблюдателем. Направление распространения КВМ характеризуется в каталоге (SOHO LASCO СМЕ Catalog) позиционным углом (PA – Position Angle). Наблюдаемый угол PA систематизирует времена первого прихода протонов и темп роста их интенсивности. Параметр PA необходимо учитывать при анализе протонных событий.

Список литературы

  1. Cliver E.W. History of research on solar energetic particle (SEP) events: the evolving paradigm // Universal Heliophysical Processes Proc. IAU Symposium No. 257 / eds N. Gopalswamy & D.F. Webb. 2008. P. 401–412. https://doi.org/10.1017/S1743921309029639

  2. Мирошниченко Л.И. Солнечные космические лучи: 75 лет исследований // УФН. 2018. Т. 188. № 4. С. 345–376. https://doi.org/10.3367/UFNr1017.03.038091

  3. Klein K.-L. Radio Astronomical Tools for the Study of Solar Energetic Particles II. Time-Extended Acceleration at Subrelativistic and Relativistic Energies // Frontiers in Astronomy and Space Sciences. 2021. V. 7. Art. 580445. https://doi.org/10.3389/fspas.2020.580445

  4. Kahler S.W., Hildner E., van Hollebeke V.A.I. Prompt solar proton events and coronal mass ejections // Sol. Phys. 1978. V. 57. P. 429–443.

  5. Bazilevskaya G.A. On the early phase of relativistic solar particle events: Are there signatures of acceleration mechanism? // JASR. 2009. V. 43. Iss. 4. P. 530–536. https://doi.org/10.1016/j.asr.2008.08.005

  6. Kahler S.W., Sheeley N.R., Jr., Howard R.A. et al. Associations between coronal mass ejections and solar energetic proton events // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. № A11. P. 9683–9694. https://doi.org/10.1029/JA089iA11p09683

  7. Kahler S.W. Injection profiles of solar energetic particles as functions of coronal mass ejection heights // Astrophys. J. 1994. V. 428. P. 837–842.

  8. Cliver E., Kahler S., Vestrand W. On the origin of gamma-ray emission from the behind limb flare on 29 September 1989 // 23rd Int. Cosmic Ray Conf. 1993. V. 3. P. 91–94.

  9. Базилевская Г.А. Эффекты коронального распространения солнечных протонов с энергией больше 100 МэВ // Изв. АН СССР. Cер. физ. 1984. Т. 48. № 11. С. 2171–2173.

  10. Klein K.-L., Chupp E.L., Trottet G. et al. Flare-associated energetic particles in the corona and at 1 AU // Astron. Astrophys. 1999. V. 348. P. 271–285.

  11. Ackermann M., Ajello M., Albert A. et al. High-energy gamma-ray emission from solar flares: summary of Fermi large area telescope detections and analysis of two M-class flares // Astrophys. J. 2014. V. 787. Iss. 1. https://doi.org/10.1088/0004-637X/787/1/15

  12. Ajello M., Albert A., Allafort A. et al. Impulsive and long duration high-energy gamma-ray emission from the very bright 2012 March 7 solar flares // Astrophys. J. 2014. V. 789. Iss. 1. Art. 20. https://doi.org/10.1088/0004-637x/789/1/20

  13. Ajello M., Baldini L., Bastieri R. et al. First Fermi-LAT Solar Flare Catalog // Astrophys. J. Suppl. 2021. V. 252. Art. 13. https://doi.org/10.3847/1538-4365/abd32e

  14. Ackermann M., Allafort A., Baldini L. et al. Fermi-LAT observations of high-energy behind-the-limb solar flares // Astrophys. J. 2017. V. 835 Art. 219. https://doi.org/10.3847/1538-4357/835/2/219

  15. Cliver E.W. Flare versus shock acceleration of high-energy protons in solar energetic particle events // Astrophys. J. 2016. V. 832. Art. 128. https://doi.org/10.3847/0004-637X/832/2/128

  16. Gopalswamy N., Yashiro S., Mäkelä P. et al. The common origin of high-energy protons in solar energetic particle events and sustained gamma-ray emission from the Sun // Astrophys. J. 2021. V. 915. Art. 82. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac004f

  17. Струминский А.Б., Григорьева И.Ю., Логачев Ю.И. и др. Солнечные электроны и протоны в событиях 4–10 сентября 2017 г. и сопутствующие явления // Физика Плазмы. 2020. Т. 46. № 2. С. 139–153. https://doi.org/10.31857/S0367292120020134

  18. Струминский А.Б., Григорьева И.Ю., Логачев Ю.И. и др. Две фазы солнечных вспышек и стохастический механизм ускорения электронов и протонов // Астрофизика. 2020. Т. 63. № 3. С.437–449.

  19. Miller J.A., Cargill P.J., Emslie A.G. et al. Critical issues for understanding particle acceleration in impulsive solar flares // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. A7. P. 14631–14660. https://doi.org/10.1029/97JA00976

  20. Григорьева И.Ю., Струминский А.Б. Формирование источника солнечных космических лучей в эруптивных вспышках X6.9 9 августа 2011 г. M5.1 и 17 мая 2012 г. // Астрон. журн. 2022. Т. 99. № 6. С. 486–495. https://doi.org/10.31857/S0004629922060044

  21. Струминский А.Б., Григорьева И.Ю., Логачев Ю.И., Садовский А.М. Связь между длительностью и величиной ускорения корональных выбросов массы // Геомагнетизм и аэрономия. 2021. Т. 61. № 6. С. 683–693. https://doi.org/10.31857/S001679402105014X

  22. Струминский А.Б., Григорьева И.Ю., Логачев Ю.И., Садовский А.М. Солнечные электроны и протоны во вспышках с выраженной импульсной фазой // Изв. РАН Сер. физ. 2021. Т. 85. № 8. С. 1180–1184. https://doi.org/10.31857/S0367676521080305

  23. Лысенко А.Л., Фредерикс Д.Д., Флейшман Г.Д. и др. Рентгеновское и гамма-излучение солнечных вспышек // УФН. 2020. Т. 190. С. 878–894. https://doi.org/10.3367/UFNr.2019.06.038757

  24. Gopalswamy N., Makela P. Latitudinal Connectivity of Ground Level Enhancement Events // ASP Conference Series. 2013.

  25. Cliver E.W., Mekhaldi F., Muscheler R. Solar longitude distribution of high-energy proton flares: fluences and spectra // Astrophys. J. Lett. 2020. V. 900. Art. L11. https://doi.org/10.3847/2041-8213/abad44

  26. Winter L.M., Bernstein V., Omodei N. et al. A Statistical Study to Determine the Origin of Long-duration Gamma-Ray Flares // Astrophys. J. 2018. V. 864. Art. 39. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aad3c0

  27. Share G.H., Murphy R.J., White S.M. et al. Characteristics of Late-phase >100MeV Gamma-Ray Emission in Solar Eruptive Events // Astrophys. J. 2018. V. 869. Art. 182. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aaebf7

  28. de Nolfo G.A., Bruno A., Ryan J.M. et al. Comparing long-duration gamma-ray flares and high-energy solar energetic particles // Astrophys. J. 2019. V. 879. Art. 90. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab258f

  29. Струминский А.Б., Зимовец И.В. К оценке времени прихода первых релятивистских солнечных протонов на Землю // Изв. РАН Сер. физ. 2009. Т. 73. № 3. С. 332–335.

  30. Grechnev V.V., Kiselev V.I., Uralov A.M. et al. An Updated View of Solar Eruptive Flares and the Development of Shocks and CMEs: History of the 2006 December 13 GLE-Productive Extreme Event // Publ. Astron. Soc. Japan. 2013. V. 65. Art. S9. https://doi.org/10.1099/pasj/65.sp1.S9

  31. Papaioannou A., Kouloumvakos A., Mishev A. et al. The first ground-level enhancement of solar cycle 25 on 28 October 2021 // Astron. Astrophys. 2022. V. 660. Art. L5. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202142855

  32. Mishev A.L., Kocharov L.G., Koldobskiy S.A. et al. High resolution spectral and anisotropy characteristics of solar protons during the GLE № 73 on 28 October 2021 derived with neutron monitor analyses // Sol. Phys. 2022. V. 298. Iss. 7. Art. 88. https://doi.org/10.1007/s11207-022-02026-0

  33. Gopalswamy N., Xie H., Akiyama S. et al. The first ground level enhancement event of solar cycle 24: direct observation of shock formation and particle release heights // Astrophys. J. 2013. V. 765. Art. L30 https://doi.org/10.1088/2041-8205/765/2/L30

  34. Gopalswamy N., Yashiro S., Thakur N. et al. The 2012 July 23 backside eruption: an exreme energetic particle event? // Astrophys. J. 2016. V. 833. Iss. 2. Art. 216. https://doi.org/10.3847/1538-4357/833/2/216

  35. Gopalswamy N., Yashiro S., Mäkelä P. et al. Extreme kinematics of the 2017 September 10 solar eruption and the spectral characteristics of the associated energetic particles // Astrophys. J. 2018. V. 863. Iss. 2. Art. L39. https://doi.org/10.3847/2041-8213/aad86c

  36. Omodei N., Pesce-Rollins M., Longo F. et al. Fermi-LAT Observations of the 2017 September 10 Solar Flare // Astrophys. J. 2018. V. 865. Art. L7. https://doi.org/10.3847/2041-8213/aae077

  37. Thakur N., Gopalswamy N., Xie H. et al. Ground level enhancement in the 2014 January 6 solar energetic particle event // Astrophys. J. 2014. V. 790. Art. L13. https://doi.org/10.1088/2041-8205/790/1/L13

  38. Gopalswamy N., Mäkelä P. and Yashiro S. Particle acceleration and transport at the Sun inferred from Fermi/LAT observations of >100 MeV gamma-rays // Proc./ AOGS 2021 (18th Annual Meeting of the Asia Oceania Geosciences Society). 2021. ArXiv:2108.11286.

  39. Kocharov L., Omodei N., Mishev A. et al. Multiple sources of solar high-energy protons // Astrophys. J. 2021. V. 915. Iss. 1. Art. 12. https://doi.org/10.3847/1538-4357/abff57

  40. Pesce-Rollins M., Omodei N., Krucker S. et al. The coupling of an EUV coronal wave and ion acceleration in a Fermi-LAT behindthe-limb solar flare // Astrophys. J. 2022. V. 929. Art. 172. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac5f0c

  41. Bieber J.W., Clem J., Evenson P. et al. A maverick GLE: the relativistic solar particle event of December 13, 2006 // Proc. 30th ICRC. 2008. V. 1. P. 229–232.

  42. Klein K.-L., Musset S., Vilmer N. et al. The relativistic solar particle event on 28 October 2021: Evidence of particle acceleration within and escape from the solar corona // A&A. 2022. V. 663. Art. A173. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202243903

  43. Chertok I.M. On some features of the solar proton event on 2021 October 28 – GLE73 // MNRAS. 2022. V. 517. Iss. 2. P. 2709–2713. https://doi.org/10.1093/mnras/stac2843

  44. Li X., Wang Y., Guo J. et al. Solar energetic particles produced during two fast coronal mass ejections // Astrophys. J. Lett. 2022. V. 928. Art. L6. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac5b72

  45. Струминский А.Б. Многократное ускорение протонов на Солнце и их свободное распространение до Земли 20 января 2005 г. // ПАЖ. 2006. Т. 32. № 10. С. 767–776.

  46. Reames D.V. Solar release times of energetic particles in ground-level events // Astrophys. J. 2009. V. 693. P. 812–821. https://doi.org/10.1088/0004-637X/693/1/812

  47. Reames D.V. Solar energetic-particle release times in historic ground-level events // Astrophys. J. 2009. V. 706. P. 844–850. https://doi.org/10.1088/0004-637X/706/1/844

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Космические исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал