Структура временных и динамика энергетических спектров жесткого рентгеновского излучения солнечных вспышек Дмитриев, Павел Борисович

Введение к работе

Актуальность темы. Исследование солнечных вспышек в рентгеновском диапазоне длин волн является неотъемлемой частью комплексного изучения процессов солнечной активности, которые представляют собой как чисто научили 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 хромосфепе и короне Солнца происходит процесс быстрого высвобождения огромного количества энергии (до Ю^Э2эрг), сопровождающийся уюзким усилением электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн (от радиоволн до >--квантов), ускорением заряженных частиц вплоть до релятивистских энергий, ударныгли 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 определенных этапах их развития, дать информацию как об энергетических спектрах ускоренных чоотиц, их количестве и энергии так и о тепловых процессах, протекающих во вепшшчкых областях солнечной хромосферы и короны.

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

- 4 -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 эксперимента "Прогноз-7" ь период с ноября 1978 года по май 1979 года включительно, а именно:

1. Глзработка 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 подготавлиза&мого к проведению космического экспэримента серии "КОРОНАС";

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

4. Оценка значений физических параметров областей ускорения частиц и областей рентгеновского излучения, горячей вспышечной плазмы.

Научная новизна работы. В методическом плане научная новизна работы состоит .:

5. 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;

6. 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;

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

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

7. впервые, на большом статистическом материале (242-собития) при помощи разработанной классификации, проведбн анализ форм временных спектров рентгеновского излучения солнечных еіпліієк, 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;

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

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 тєплоеой механизм в генерации жбсткого рентгеновского излучения становится доминирующим и горячая область, расширяясь, постепенно остывает.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработан-» ная библиотека прикладішх программ, реализованная на базе УЕМ серии ЕС и компьютерах серии PC, позволяет за считашшб 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 гшергегл-ческих спектров рентгеновского излучения солнечных ьспышок могут успешно применяться ь широкой области как экспериментальны.*, тон и теоретических физических исследований.

Основные положения, выносимые на защиту:

9. 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'

10. Методы обработки сигналов дискретное формы:

а), метод докодировки исходных экспериментальных данных, учитывающий вад фудьции распределения потока регистрируемых частиц," б), метод разделения исходного сигнала на две положительно опре-делЭтше компоненты: высокочастотную (состоящую из "тонкой" временной структуры исходного сигнала с напербд заданным характерным временным масштабом) и низкочастотную (медленно меняющуюся) компоненту,

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

а) каталог солнечных рентгеновских вспышек за период с ноября
І97Є года по февраль 1979 года Включительно;

о) 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 рентгенов
ских солнечных вспышек, зарегистрированных в энергетическом диа
пазоне 20-80 кэВ во время проведения космического эксперимента
"Прогноз-7":

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

б) оценка величин физических параметров областей ускорения час-
тяд (потоков ускоренных электронов и их энергии) и областей из
лучения горячей вспышечнвй плазмы ( температуры, меры эмиссии,
уьгкі'.тнсго поля, ограьичивэдаэго излучающий объем, и его времени
остывания из-за столкновительнше процессов: для 74 солнечных
сог-ктап.

Апробация материалов, вошедших в диссертацию и публикации. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, были представлены: на Всесоюзную конференцию "ЕС :ЭГ>М" (Пулково, ГАО, 1977): на IX Всесоюзный семинар по космофизике (Ленинград, 1978 г.); на XXI и на XXIII сессии КОСПАР(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 УП семинара "Генерация и распрострэне-іше солнечных космических лучей" (Апатиты, 1939);

На Совещания рабОЧИХ Групп: "Dynamics of Solar Flares" (Cb.nnt illy, France, 1990)1 "Particale Acceleration in the Sun, Н9ІІ0-sphare and Galaxy" (Delaware, USA, 1992);

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

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

Структура и объ5м диссертации. Диссертация состоит из введения, трбх глаз, заключения и трёх прилсжеіпій и содержит 148 страниц, в том числе 23 рисунка, 9 таблиц и список литературы, включающий 143 работы.