Введение к работе
Диссертационная работа посвящена анализу глобальных колебаний Солнца на основе данных, полученных в рамках международного проекта IRIS (International Research on the Interior of the Sun). В отличие от предыдущих исследований анализируемый банк данных (IRIS+4-) включает в себя наблюдения, выполненные не только сетью станций IRIS, но и другими гелиосейсмологнческими экспериментами, что значительно повысило качество экспериментальных данных.
Актуальность работы
Гелносейсмология в настоящее время является одним из основных инструментов непосредственного исследования внутреннего строения Солнца, путем регистрации колебаний его «поверхности». Её методы основаны на сопоставлении характеристик мод колебаний полученных из наблюдений с теоретическими значениями. Особый интерес представляют результаты исследований по глобальной гелиосейсмологии поскольку именно характеристики глобальных акустических мод колебаний, проникающих наиболее глубоко в недра Солнца, могут дать нам информацию о физических характеристиках его центральных областей. К примеру, значения частот в настоящее время известны с точностью лучше 0.0І %! Столь высокая точность обуславливается, в первую очередь, объемом
накопленного наблюдательного материала в различных гелиосейсмологических проектах.
Успехи в определении параметров р-мод, а также объем наблюдательного материала позволили определить такие характеристики Солнца как глубина конвективной зоны, профиль скорости звука вдоль радиуса, скорость вращения ядра, а также такой важный параметр как содержание гелия в конвективной оболочке. Кроме того, высокая точность определения частот р-мод позволила уточнить теоретические модели строения Солнца. Несмотря на эти успехи, остаётся целый ряд нерешенных проблем. В частности, как показали исследования последних лет, частоты р-мод изменяются с фазой активности Солнца. Однако неясно как меняется величина этих вариаций от степени / и вообще, происходят ли эти изменения в фазе с солнечной активностью. Различаются все еще значения вращательного расщепления для мод низких степеней, полученные разными авторами. В то же время значение этого параметра играет ключевую роль в понимании динамики вращения Солнца с глубиной. Надо также отметить, что значения самих частот в высокочастотной области тоже известны с меньшей точностью (около 1%).
Накопленный на протяжении более чем 10-ти лет наблюдений банк данных в таких проектах как IRIS и BiSON (Birmingham Solar Oscillation Network) позволяет в настоящее время не только с высокой точностью определять характеристики р-мод солнечных колебаний, но и проследить изменение этих параметров с циклом активности Солнца. Это позволяет с "несколько иных позиций
подойти к решению проблемы периодичности солнечной активности. С другой стороны, для того чтобы обнаружить изменения таких малых параметров как смещение частот солнечных р-мод и вращательного расщепления еще не достаточно иметь данные охватывающие большие интервалы времени. Необходимым условием является и качество данных, один из критериев которого - высокий фактор заполнения. В проекте IRIS эта проблема была решена через сшивку наблюдений проводимых на IRIS-спектрофотометре с наблюдениями других аналогичных гелиосейсмологических проектов по глобальной гелиосейсмологии. На основе этих данных и был создан банк IRIS++, включающий в себя наблюдения проектов BiSON, MARK-I, LOW-L и охватывающий период с 1989 по 1998 гг. В результате этой «сшивки» данных стало возможным получить ряды наблюдений продолжительностью более трех месяцев с фактором заполнения данными 60% и более. Такие качественные данные уже позволягот с высокой точностью определять значения параметров р-мод, а значит и исследовать вопрос их вариаций с фазой активности Солнца, что, в свою очередь, приблизит нас к пониманию природы этого явления. Значения частот солнечных р-мод, полуширин, вращательного расщепления и акустической частоты обрезания уже раньше определялись по данным программы IRIS. .Однако, эти работы были выполнены на основе данных охватывающих период до 1993 года и имеющих более низкий фактор заполнения, хотя для таких же по продолжительности рядов, что были использованы в данной работе..
В последние годы наряду с «традиционным» методом Фурье-
анализа гелиосейсмологических данных все чаще находит
применение метод «wavelet» анализа. В частности методы с
применением «wavelet» преобразования применяется при
подавлении шумов в спектрах мощности р-мод, а также при анализе вариаций амплитуд р-мод со временем, что позволяет исследовать вопросы, связанные с процессами возбуждения и затухания глобальных колебаний Солнца. Основным требованием, предъявляемым к данным, при использовании «wavelet» анализа, является непрерывность наблюдений, а также низкий уровень шумов. Качество наблюдательного материала получаемого в таких проектах как IRIS, а также высокий фактор заполнения, достигнутый в банке данных IRIS++ позволяет проводить такие исследования на рядах с продолжительностью более 50-ти дней. В данной работе представлены результаты применения «wavelet» анализа впервые к данным банка IR1S++, полученных за период наблюдений 1989-1990 гг.
Цель работы
1. Анализ спектров мощности высокого разрешения, полученных на основе новых данных программы IRIS, дополненных и расширенных наблюдениями других аналогичных проектов, с целью более точного определения значений параметров р-мод и исследования их вариаций с циклом активности Солнца. В частности: определении величины смещения частот, изменения
-
Определение на основе нового банка данных значения вращательного расщепления р-мод низких степеней и исследование вариаций этого параметра с циклом солнечной активности.
-
Определение значений акустической частоты обрезания за весь период наблюдений (1989-1996 гг.) с целью исследования вариации этого параметра с фазой активности Солнца.
-
Применение для анализа IRIS данных новых методов «wavelet» анализа с целью исследования вопросов затухания и возбуждения акустических колебаний Солнца.
Научная новизна работы
Исследованы спектры мощности высокого разрешения за период с 1989 по 1996 гг. с более высоким, чем ранее, фактором заполнения на основе нового банка данных IRIS++;
Получены новые высококачественные наблюдательные данные в рамках проекта IRIS; .
Разработан новый метод определения акустической частоты обрезания солнечных р-мод;
- Впервые для IRIS данных применен метод «wavelet»
преобразования с целью изучения частотно-временных вариаций
р-мод;
Научная и практическая ценность работы
Полученные значения частот солнечных р-мод в диапазоне частот от 1800 мкГц до 4000 мкГц за период с 1989 по 1996 гг. позволяет с высокой точностью определить значение смещения частот с переходом от фазы минимума к фазе максимума активности Солнца и сравнить полученные результаты с более ранними исследованиями, а также со значениями смещения частот полученных из других проектов. На основе анализа спектров высокого разрешения за тот же период было определено значение вращательного расщепления, а также исследована возможность вариации этого параметра с циклом солнечной активности. Предложенный метод определения значений акустической частоты обрезания позволяет не только определять с высокой точностью значение этого параметра, но и дает возможность определения границ псевдомод в спектрах мощности, что может быть полезными при определении потока акустической энергии, передаваемой акустическими колебаниями в хромосферу. Методы частотно-временного анализа («wavelet» анализа), впервые примененные к IRIS данным, позволили исследовать временные флуктуации мощности глобальных колебаний для отдельных мод, а также поведение суммарной мощности р-мод со временем, что позволяет исследовать вопросы возбуждения и затухания глобальных солнечных акустических колебаний.
Автор выносит на защиту
-
Анализ спектров мощности высокого разрешения полученных на основе наблюдательного материала за период с 1989 по 1996 гг., в результате которого были получены новые таблицы частот и других параметров р-мод, а также определено значение смещения частот с циклом активности.
-
Результаты определения значения вращательного расщепления за период 1989-1996 гг. и исследование вариаций этого параметра с циклом активности Солнца. Было отмечено, что вращательное расщепление уменьшается в фазе минимума солнечной активности.
-
Результаты определения значения акустической частоты обрезания и ее изменение с циклом солнечной активности за период 1989-1996 гг. Показано, что значение вращательного расщепления падает от максимума к минимуму солнечной активности.
-
Результаты применения нового метода частотно-временного (wavelet) анализа к новому банку данных IRIS проекта. Новый метод позволил исследовать временное поведение мощности р-мод, а также оценить коэффициент корреляции для р-мод исследуемого частотного диапазона.
Аппробацня работы. Основные результаты работы были доложены на международных совещаниях исполнителей программы IRIS в Италии (Кападемонте, 1997), Узбекистане (Паркент, 1998), на
научных семинарах АИ АН РУз., в Национальной Солнечной Обсерватории США (Тусон, Аризона, 1999).
Личный вклад автора
Диссертантом лично было получено более 700 однодневных серий наблюдений на станции IRIS (гора Кумбель, в 80-ти км. от Ташкента) в период с 1994 по 1999 год.
В работах [2] и [3] диссертантом предложен и реализован новый метод определения акустической частоты обрезания.
Диссертантом были написаны пакет программ по определению частот и других характеристик акустических колебаний Солнца низких степеней, а также определены их вариации за период 1989-1996 гг.
В работах [1] и [4] диссертантом были написаны подпрограммы определения значений вращательного расщепления, а также исследован вопрос вариации этого параметра с циклом солнечной активности.
Диссертантом впервые применен новый метод анализа IRIS++ данных основанный на методах «wavelet» преобразования с целью исследования процессов затухания и возбуждения р-мод солнечных колебаний, а также с целью исследования поведения мощности р-мод для выявления их взаимной корреляции.
Структура диссертации
Диссертация состоит из Введения, трех глав и заключения. Объем диссертации 101 страница, включая 28 рисунков и 7 таблиц, а также одно приложение со списком частот. Список литературы содержит 11 б наименований.