Введение к работе
Диссертация посвящена численному моделированию явлений в солнечной атмосфере, связанных с распространением медленных магиитогазодинамических и быстрых тепловых волн в магнитных силовых трубках.
Актуальность темы обусловлена той ролью, которую играют исследуемые явления в атмосфере Солнца. Динамика атмосферных процессов в значительной степени определяется действием магнитного поля, особенно в областях его концентрации, т.е. в магнитных силовых трубках. В настоящее время имеется довольно обширный наблюдательный материал (см. п. 1.1), на основании которого можно строить определённые предположения относительно существа рассматриваемых явлений. Однако механизмы возникновения и развития последних остаются неясными вследствие недостаточной разрешающей способности существующих ныне телескопов (см. п. 3.4). При таком положении дел особенно эффективными оказываются методы исследования, основанные на построении математических моделей и позволяющие проводить численные эксперименты на ЭВМ. Указанное обстоятельство говорит об актуальности применения избранного нами подхода.
Цель работы - исследование методами математического моделирования общих закономерностей и характерных особенностей распространения газодинамических и тепловых волн в магнитных силовых трубках и связанных с ними явлений в атмосфере Солнца.
Основными задачами исследования были следующие:
-
Обнаружение и изучение общих закономерностей и характерных особенностей распространения газодинамических и тепловых волн в магнитных силовых трубках.
-
Определение роли теплопроводности, излучения, ионизации, магнитных сил и конфигурации трубки в исследуемых процессах на Солнце.
-
Выявление модели спускового механизма, наиболее адекватного наблюдаемым в солнечной атмосфере образованиям (спикулам, макроспикулам, сёрджам и спрэям).
-
Рассмотрение роли исследуемых образований в нагреве солнечной короны.
-
Исследование связи явлений, наблюдаемых в импульсной фазе вспышек, с волновыми процессами в корональних арках.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Впервые разработаны и реализованы одномерная и квазидвумерная самосогласованные математические модели нелинейных газодинамических процессов, связанных с возникновением и эволюцией спикул и выбросов (входные параметры самосогласованное модели зависят от е"- выходных параметров).
-
Впервые произведён численный эксперимент, направленный на выявление наиболее вероятных механизмов возникновения спикул и выбросов.
-
Впервые с помощью самосогласованной модели произведены расчёты потоков энергии, переносимой спикулами и выбросами в корону.
-
Определены области влияния основных физических факторов, имеющих место в атмосфере Солнца. Впервые показано, что доминирующую роль в эволюции спикул и выбросов играют конфигурация магнитного поля, особенности распространения магнитогидродинамических ударных волн и потери энергии на излучение, а теплопроводность и ионизация плазмы играют существенную ;иль лишь при корональних температурах и являются доминирующими факторами в про^дегсах, происходящих в корональних арках в связи со вспышками.
-
Впервые получены три качественно различных типа развития выбросов хромосферного вещества в зависимости от величины и конфигурации магнитного поля и плотности плазмы во всплывающей магнитной петле - "поршне": (1) осцилляции относительно исходного уровня; (2) возвратные выбросы; (3) невозвратные выбросы.
-
Впервые разработана и реализована математическая модель распространения тепловых волн в корональных арках, основанная на уравнении теплопроводности гиперболического типа, учитывающем релаксацию теплового потока.
-
Впервые показано, что в зависимости от скорости вспы-шечного энерговыделения возможны два качественно различных режима переноса тепла вдоль корональных арок: (1) импульсный, обусловлены!! бегущим температурным импульсом (т.е. быстрой тепловой волной) с крутым передним фронтом и (2) диффузный, связанный с медленными тепловыми волнами, имеющими пологий фронт.
-
Впервые произведены модельные расчёты, в результате которых найдено, что при продолжительности онерговы-деления менее критического значения (~1 с) происходит отчётливое разделение по времени жёсткого и мягкого рентгеновского излучения вспышечной плазмы; при более продолжительном энерговыделении (>3 с) максимумы обоих типов излучения совпадают по времени.
Научная и практическая значимость работы заключается в следующем:
-
Полученные результаты говорят о возможности эффективного использования простых одномерных и квазидвумерных математических моделей для исследования нелинейных нестационарных процессов, развивающихся вдоль магнитных силовых трубок в атмосфере Солнца.
-
Результаты проведённых исследований способствуют развитию представлений о динамике солнечной атмосферы в целом и могут быть полезны для понимания процессов, происходящих в атмосферах звёзд.
-
Исследование численных моделей спикул и выбросов, а также тепловых волн, порождаемых вспышечным источником энергии, позволяет глубже понять физику этих явлений, в частности, механизмы их возникі'оьгчіїл v. эволюции.
-
Определение областей влияния различных физических процессов в атмосфере Солнца может быть использовано в дальнейших исследованиях последней.
-
Расчёты энергии, переносимой спикулами и выбросами из хромосферы в корону, позволяют оценим, ь их вклад в нагрев короны и, на основании этой оценки, приблизиться к выяснению их роли в энергетике солнечной атмосферы.
-
Исследование тепловых волн, распространяющихся вдоль корональных арок от вспышечного теплового источника, позволяет получить дополнительную информацию о режиме и особенностях энерговыделения вспышек. В частности, режим быстрого энерговыделения представляет интерес для построения тепловых моделей жёстких рентгеновских всплесков.
-
На основе полученных результатов выработаны рекомендации по проведению наблюдений (выбор объекта наблюдений, требования к телескопам и методике наблюдений)
к рамках международных проектов исследовании Солнца "SOIIO" и "SCOSTEP" с участием КрАО, ИЗМІІРЛН, ГЛИНІ іг др. упреждений разных стран;
8. Полученные сведения о возможных механизмах генерации и развития, а также об энергетических характеристиках выбросов и вспышек могут быть использованы при исследованиях процессов, приводящих к возникновению солнечного ветра (высокоэнергичные частицы последнего окапывают весьма существенное влияние на многие процессы на Земле, включая опасные погодные явления, радиосвязь, скорости химических реакций, в том числе происходящих в организмах животных и человека, эпидемии и социальные потрясения).
Апробация
Результаты диссертации докладывались на:
2-м научном семинаре "Колебания и волны на Солнце" рабочей группы "Волны в атмосфере Солнца"' (Рига, 1986);
всесоюзной конференции "Исследования по физике Солнца"* (Ашхабад, 1989);
XIV - ІІ международной консультации но физике Солнца (Карпач, Польша, 1091);
летней школе "Нелинейные магнитогидродннамнческие процессы" (Санкт - Лндрсасберг, Германия, 1991);
Седьмом европейском заседании по солнечной физике (Катания, Италия, 1993);
II - м заседании рабочей группы проекта SOIIO "Mass Supply and Flow in the Solar Corona" (Исола д' Эльда, Италия, 1993);
III - м заседании рабочей группы проекта SOIIO "Solar Dynamic Phenomena международном семинаре "Малые тела солнечной системы, физика Солнца и релятивисткая астрофизика" памяти С. К. Всехсвятского и А. Ф. Богородского (Киев, Украина, 1994); научных семинарах Лаборатории физики Солнца Крымской астрофизической обсерватории. Автор выносит на защиту: Математическую модель нелинейных газодинамических процессов, связанных с возникновением и эволюцией спи-кул и выбросов. Результаты численного моделирования спикул и выбросов. Математическую модель тепловых волн, распространяющихся от вспышечного теплового источника вдоль корональних арок. Результаты численного моделирования тепловых волн в корональних арках. Структура и объем диссертации.
Похожие диссертации на Исследование нелинейных нестационарных процессов в магнитных силовых трубках в атмосфере Солнца методом математического моделирования
