Солнечная обсерватория "Коронас-Ф": три года наблюдений солнечной активности
Запущенный три года назад (31 июля 2001 г.) российско-украинский спутник КОРОНАС-Ф продолжает наблюдения солнечной активности и исследование солнечно-земных связей, сообщает пресс-служба Федерального космического агентства.
Спутник находится на околоземной орбите с высотой около 500 км и наклонением 83 град. Его научный комплекс включает 15 приборов, которые наблюдают Солнце во всем диапазоне электромагнитного спектра — от оптики до гамма.
Начав наблюдения в максимуме солнечного цикла в 2001 году, приборы спутник КОРОНАС-Ф зарегистрировали самые мощные вспышки на Солнце и их воздействие на околоземное космическое пространство.
За время наблюдений получено более миллиона рентгеновских солнечных спектров, более 500 тыс. рентгеновских изображений Солнца с высоким пространственным разрешением, многочисленные временные профили излучения от солнечных вспышек в широком диапазоне энергий, новые данные о потоках солнечных космических лучей и ультрафиолетового излучения Солнца.
Продолжающиеся наблюдения Солнца на спутнике КОРОНАС-Ф направлены на лучшее понимание строения Солнца и происходящих на нем процессов и явлений, на изучение влияния солнечной активности на Землю и различные сферы человеческой деятельности.
Успешная работа солнечной обсерватории КОРОНАС-Ф является результатом усилий большого коллектива ученых, инженеров и специалистов широкой кооперации российских, украинских и зарубежных организаций и предприятий при головной роли Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Российской академии наук (ИЗМИРАН). Проект КОРОНАС-Ф осуществляется под эгидой Федерального космического агентства России, Национального космического агентства Украины, Российской академии наук, Национальной академии наук Украины. В его реализации принимают участие ученые Польши, Франции, Германии, Англии, США, Чехии, Словакии и других стран.
С помощью Solar X-Ray Telescope SRT-K and X-Ray Spectroheliograph RES-K in SPIRIT Experiment зарегистрированы наиболее мощные за последние годы активные события октября-ноября 2003 года, выбросы коронального вещества со скоростями до нескольких сотен км/сек. В этих событиях исследована морфология и динамика развития вспышек, выбросов и связанных с ними диммингов в результате чего установлено, что наблюдавшиеся димминги, в основном, формировались в результате полного или частичного открытия магнитных полей в ходе корональных выбросов массы, и связанных с этим истечением вещества из крупномасштабных магнитных структур переходного слоя и короны и соответствующего понижения меры эмиссии, и что глобальный характер диммингов в этом и других событиях означает, что в процесс эрупции корональных выбросов массы вовлекалась значительная часть солнечной атмосферы. Наблюдалась гомология эруптивных событий — картина диммингов во многом повторялась от события к событию и каждый раз эрупция корональных выбросов массы затрагивала примерно одни и те же структуры, которые, по-видимому, успевали восстановить свое магнитное поле и светимость за время между событиями.
С помощью нового метода монохроматической изображающей спектроскопии полного Солнца в резонансной линии MgXII (8.42А) в солнечной короне обнаружены и исследованы быстродинамичные области с горячей плазмой в 10 млн. град.К, которые отражают быстропротекающие процессы во вспышечных магнитных арках и дают новое представление об активных явлениях на Солнце, ранее не исследованных. Установлено, что такая высокотемпературная плазма присутствует в солнечной короне практически постоянно. Зарегистрированные явления характеризуются большим диапазоном яркостей (до 4-х порядков) и времени жизни — от секунд до нескольких суток. Различные фазы этих явлений изучены с высоким временным разрешением 50 секунд. Эти наблюдения динамичной солнечной плазмы с температурой около 10 млн. град.К, позволили соединить наблюдения "стационарной" плазмы (1-3 млн. град.К) и высокотемпературной транзиентной и вспышечной плазмы (температуры более 15 млн. град.К), проводимые в настоящее время на космических аппаратах SOHO, TRACE, RHESSI, GOES и КОРОНАС-Ф.
Наблюдения в режиме коронографа жесткого рентгеновского диапазона позволили изучить стационарную и возмущенную солнечную корону на расстояниях до 3-х радиусов одновременно в двух диапазонах длин волн — 175 и 304 А, различные активные явления — выбросы вещества, эруптивные протуберанцы, струи и т.д.
В рентгеновском спектре солнечной короны зарегистрировано и исследовано более 170 спектральных линий различных химических элементов.
В изучении солнечно-земных связей получены новые экспериментальные данные о вариациях плотности и состава атмосферы Земли на высотах до 500 км, прослежена связь этих вариаций с изменением уровня солнечной активности, определена зависимость пропускания атмосферой рентгеновского излучения Солнца от минимальной высоты луча над поверхностью Земли для участков спектра 8,42; 175 и 304 А.
Целый ряд приборов спутника КОРОНАС-Ф наблюдает излучение от солнечных вспышек. С помощью этих наблюдений с высоким временным и спектральным разрешением в широком энергетическом диапазоне получены новые экспериментальные данные о различных физических процессах во вспышках — накопление и освобождение магнитной энергии, энергетические спектры, ядерные линии, временные профили гамма излучения, динамические рентгеновские спектры вспышек, новые спектральные линии и многочисленные профили различных спектральных линий вспышечной плазмы, поляризация вспышечного рентгеновского излучения и т.д.
С помощью высокочувствительного X-Ray Spectrometer RPS-1 в диапазоне 3-30 кэВ наблюдались предвспышечные возрастания и слабые вспышки — рентгеновских классов С и М, для которых определена жесткость спектров на разных фазах развития вспышек и установлено, что наибольшая жесткость спектра рентгеновского излучения достигается в максимуме развития вспышки.
Получены спектры рентгеновского фона незадолго до появления мощных вспышек (28, 29 октября 2003- за 40 мин., 04 ноября 2003 — за 1 мин. перед вспышкой) в активной области AR-486, которые дают представление о степени разогрева предвспышечной области и могут быть использованы для разработки методики предсказания солнечных вспышек.
В отсутствие вспышек (по данным октября 2003, который характеризовался сильным изменением уровня солнечной активности) изучена зависимость спектра рентгеновского фона от уровня солнечной активности (числа солнечных пятен). В минимуме числа солнечных пятен спектр был мягкий и не превосходит 6-7 кэВ. В максимуме — спектр жесткий и доходил до 20 кэВ, что было вызвано появлением сильно нагретых областей (AR 484 и AR 486).
Вспышечным спектрометром ИРИС (Flare Spectrometer IRIS) с высоким временным разрешением (10 миллисекунд) осуществлялась регистрация рентгеновского излучения (2-200 keV) вспышек одновременно в нескольких энергетических каналах. На основе спектрального анализа временных профилей излучения на разных фазах развития вспышки установлено появление свойственных для каждой фазы периодов колебаний, отражающих, по-видимому, перекачку энергии от одних магнитных структур к другим. На временных профилях как мягкого, так и жёсткого рентгеновского излучения вспышек выделяются импульсы, следующие друг за другом примерно через 20 сек с наибольшей глубиной модуляции в более жестком излучении.
За время наблюдений в рентгеновском диапазоне 3-7А приборами Spectrophotometer DIOGENESS и X-Ray Spectrometer RESIK впервые зарегистрированы многочисленные спектральные линии от самых мощных солнечных вспышек, для которых все существовавшие до настоящего времени приборы давали зашкал, т.е. обрезание профилей линий по амплитуде. С помощью таких рентгеновских спектров осуществлена детальная диагностика вспышечной плазмы, изучены процессы выделения и диссипации энергии в солнечных вспышках. Благодаря хорошему спектральному разрешению наблюдений, a также высокой чувствительности в солнечном спектре обнаружено несколько новых спектральных линий, впервые обнаружены эффекты, связанные с электронными переходами в ионах Ar XVIII (Ly?) и Si XIV. Впервые по рентгеновским наблюдениям определено абсолютное содержание калия в плазме солнечных вспышек; абсолютное и относительное содержание аргона и серы. Всего получено около одного миллиoна рентгеновских спектров солнечного излучения в пока плохо изученном диапазоне длин волн 3.2-6.1 А.
По рентгеновским спектрам осуществлена детальная диагностика вспышечной плазмы и плазменных процессов — немаксвелловские и неравновесные процессы, процессы возбуждения внутренних оболочек атомов и диэлектронной рекомбинации, эффекты изменения ширины спектральных линий за счет наличия заметной плазменной турбулентности и т.д.
Solar X-Ray Spectropolarimeter SPR измерял поляризацию жесткого рентгеновского излучения солнечных вспышек в диапазоне 20-100 кэВ, которая возникает при взаимодействии пучков электронов высоких энергий с плотной атмосферой Солнца. Большая поляризация наблюдалась во время всплесков излучения во вспышке 20 октября 2003. К концу вспышки имел место плавный переход к фоновым значениям. При этом более жесткое излучение было поляризовано сильнее. В начальной фазе вспышки степень поляризации составила 50-60 % в канале 20-40 кэВ и 70-100 % в каналах 40-60 кэВ и 60-100 кэВ. Затем в канале 20-40 кэВ степень поляризации уменьшалась практически монотонно вдоль всего временного профиля вспышки. В каналах 40-60 кэВ и 60-100 кэВ степень поляризации принимала наибольшие значения в максимумах интенсивности. Во вспышке 29 октября 2003 г. поляризация имела направления восток-запад.
С помощью Gamma Spectrometer HELICON с высоким временным и спектральным разрешением измерялось жесткое рентгеновское и гамма излучение вспышек в восьми энергетических каналах. На основе этих измерений определена динамика спектра жесткого излучения на всех фазах вспышки — характерные времена и значения в изменении наклона спектра.
С помощью Amplitude-Time Spectrometer наблюдались солнечные гамма всплески и ядерные гамма линии. На дифференциальных энергетических спектрах вспышек в гамма диапазоне в области энергий 300 кэВ имел место излом спектра, а слабая спектральная особенность при 511 кэВ, по-видимому, связана с аннигиляционной линией электрон-позитрон. Получены временные профили примерно для 16000 событий.
Проводя измерения солнечных космических лучей вдоль своей орбиты спутник КОРОНАС-Ф с помощью Solar Cosmic Rays Complex (Gamma Emission Spectrometer SONG, Cosmic Rays Monitor MKL, Cosmic Emission Spectrometer SKI-3) контролирует радиационную обстановку в околоземном космическом пространстве и динамику поведения магнитосферы и радиационных поясов Земли в периоды активных явлений на Солнце. На основе этих измерений изучены геомагнитные бури, проникновения энергичных солнечных частиц внутрь магнитосферы Земли, сильные деформации магнитосферы и радиационных поясов, установлено, что из зарегистрированных вспышек только 20% дали геомагнитные бури, а для трети вспышек в околоземном космическом пространстве были зарегистрированы солнечные космические лучи. Для вспышки 25 августа 2001 г. осуществлена одновременная регистрация гамма-излучения с энергией до 100 МэВ и нейтронов с энергией до нескольких сот МэВ.
Наблюдения глобальных колебаний Солнца с помощью Spectrophotometer DIFOS. в диапазоне 350-1500 нм позволили получить новые экспериментальные данные о проявлениях этих колебаний в наблюдаемом излучении, а именно, существенный рост амплитуды глобальных колебаний в ультрафиолетовом излучении и установить в этом широком диапазоне длин волн зависимость амплитуды от длины волны, которая хорошо согласуется с данными более ранних измерений в более узких спектральных диапазонах.
По результатам измерений с помощью Solar UV Radiometer SUFR-Sp-K and Solar UV Spectrophotometer VUSS-L получены многочисленные данные о потоках ультрафиолетового излучения Солнца, которые воздействуют на верхние слои атмосферы Земли и являются важной характеристикой активности Солнца на временах его цикличности. Установлено, что даже при самых мощных вспышках рост ультрафиолетового излучения в полосе 120 нм не превышает нескольких процентов. За разные периоды наблюдений определены корреляции UV и радио потоков от Солнца, которые используются для оценки UV потоков и контроля состояния атмосферы Земли в те периоды, когда отсутствуют спутниковые измерения UV потока, а имеются только наземные измерения радио потока.
