close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

О реконструкции магнитного поля по фотосферным данным

код для вставкиСкачать
Исследование высотной
структуры активной области с
использованием многоволновых
радио наблюдений
Богод В.М., Ступишин А.Г., Яснов Л.В.
СПб Ф САО РАН, СПб ГУ
20.09.2014
1
Введение.
Проблема получения информации о высотной свойствах солнечной плазмы
на уровнях верхней хромосферы, переходной зоны и нижней короны всегда
рассматривалась как трудно достижимая.
Эти слои солнечной атмосферы трудно доступны как для наземных, так и
для спутниковых наблюдений,
Методы солнечной радиоастрономии, позволяют получать
стратифицированную по слоям информацию о напряженности магнитных
полей и их распределений с высотой.
Однако при этом требуется использование крупных радиотелескопов и
соответствующая спектральная приемная аппаратура.
20.09.2014
Введение.
Проблема получения информации о высотной свойствах солнечной плазмы
на уровнях верхней хромосферы, переходной зоны и нижней короны всегда
рассматривалась как трудно достижимая.
Эти слои солнечной атмосферы трудно доступны как для наземных, так и
для спутниковых наблюдений,
Методы солнечной радиоастрономии, позволяют получать
стратифицированную по слоям информацию о напряженности магнитных
полей и их распределений с высотой.
Однако при этом требуется использование крупных радиотелескопов и
соответствующая спектральная приемная аппаратура.
Расположение гирорезонансных слоев в
активной области на Солнце
20.09.2014
В этом докладе, мы представляем методы высотных измерений,
которые становятся доступными в результате улучшений
радиотелескопа РАТАН-600 и аппаратурного солнечного комплекса
НОВЫЙ МНОГООКТАВНЫЙ КОМПЛЕКС ВЫСОКОГО
СПЕКТРАЛЬНОГО РАЗРЕШЕНИЯ НА РАТАН-600
ПАРАМЕТРЫ
Диапазон частот
0.75-18.2 ГГц
Спектральное разрешение 1%
Точность измерения поляризации 1-2 %
Число частотных каналов 112
Число каналов регистрации 224
20.09.2014
4
Спиральные облучатели на две круговые
поляризации
СВЧ – часть многоктавного комплекса, 112
фильтров с 1% полосой
Многоканальная система сбора
данных, 224 каналов регистрации
Данные поступают в интернет- сеть на сайты www.sao.ru и
www.spbf.sao.ru/prognoz/
РАСПОЛОЖЕНИЕ ЧАСТОТНЫХ КАНАЛОВ
КОМПЛЕКСА
3 ,0
20
0.75 GHz – 3.0 GHz
18
3.0 GHz – 18 GHz
2 ,5
F re q u e n c y ,G H z
F r e q u e n c ie s , G H z
16
2 ,0
1 ,5
14
12
10
8
6
1 ,0
4
2
0 ,5
0
5
10
15
20
N u m b e r o f c h a n n e ls
20.09.2014
25
30
35
32
42
52
62
72
82
92
102 112
N u m b e r o f c h a n n e ls
6
Ежедневное представление
данных
на сайте
Ежедневное
представление
данных
на
http://www.spbf.sao.ru/prognoz
сайтеhttp://www.spbf.sao.ru/prognoz
20.09.2014
7
Wavelength, cm
РАТАН-600. Многоазимутальный режим. Спектр вспышки
12.06.2010 в диапазоне 2 -10 см с 1% частотным
разрешением в течение 4 часов с 4 минутным интервалом
Solar disk
20.09.2014
8
ВЫСОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ.
Метод многоволновой динамической стереоскопии
Основа:
Детальный многоволновый спектр (3-18 ГГц с 1% разрешением)
Высокая точность поляризационных измерений (1-2 %)
Высокая относительная координатная точность (доли угл.сек.)
Пространственное разрешение до 15 угл.сек на 17 ГГц.
Многоазимутальные наблюдения с врем. разрешением
в диапазоне азимутальных углов +- 14 град в течение
20.09.2014
4 мин.
4 часов.
9
Basic Principles of Dynamic Stereoscopy
Метод был применен на VLA Aschwanden &
Bastian 1994, ApJ 426, 434
Измерялось движение стабильных
образований в картинной плоскости ( в
гелиоцентрической системе координат) и
находилось положение близкое к
наблюдаемому корреляционным методом.
Метод многоволновой стереоскопии
реализован на РАТАН-600 (Bogod and
Yasnov, Astrophysical Bulletin, 2009, Vol.
64, No. 4, pp. 372–385) и был
адаптирован к условиям наблюдений с 1D диаграммой направленности.
Результаты измерений сопоставлялись с
реконструкцией фотосферных магнитных
полей
Analysis limited to only two days of observations
20.09.2014
10
О реконструкции магнитного поля по
фотосферным данным
Обычно моделируют магнитное поле короны экстраполяцией фотосферных наблюдений
магнитного поля, на основе потенциального или бессилового (линейного и нелинейного)
приближения. Но потенциальные поля и линейные бессиловые поля не содержат свободную
энергию и являются плохим приближением для вспышечно-активной области. Нелинейное
бессиловое поле (NLFF) может, однако, диссипировать к линейному бессиловому полю. В
этом смысле нелинейное бессиловое поле имеет свободную энергию, необходимую для
вспышки.
С наблюдательной точки зрения нелинейная реконструкция является более сложной, потому
что требуются данные измерений на вектор-магнитографе для измерения поперечной
составляющей (Hinode). Sandman и др.. (2009) пришли к выводу что для петель, наблюдаемых
на STEREO, лучше подходит потенциальная экстраполяция, чем NLFF или даже поле
нескольких диполей.
До сих пор считается, что не существует единого способа экстраполяции магнитного поля от
фотосферной границы до короны (например, Mok, Y. et al. 2008). Один из способов получить
информацию о высоте это опираться на модель магнитного поля и подгонять радио контуры на
соответствующие изогауссовые поверхности.
На основе многоволновых наблюдений мы развиваем подход, предложенный Alissandrakis и
Кунду (1984); Aschwanden и Бастиан (1994); Aschwanden и др.. (1995), а именно, использование
солнечного вращения для оценки 3D расположения GR источников над относительно
стабильной активной областью.
О реконструкции магнитного поля по
фотосферным данным
Нами в качестве начального приближения было выбрано линейное
бессиловое приближение, которое достаточно легко определялось по
фотосферным данным SOHO MDI (Seehafer, 1978) .
B B
в предположении
const
Поскольку поперечная компонента магнитного поля не учитывалась,
то для большей точности эти реконструкции использовались, в
основном, для активных областей недалеко от центра диска.
В качестве следующего шага использовался метод (Wiegelman, 2004).
Здесь в приближении бессилового магнитного поля использовалась
минимизация функционала
L
w ( x , y , z )[ B
2
rot B B
2
2
B ]d x
3
V
Функционал минимизируется методом градиентных итераций Ландвебера, 1951
Примеры для АО
с простой и стабильной структурой
0 6 -0 7 _ 0 1 _ 2 0 0 7
2
2
cm ]
NOA A 0933
cm ]
0 7 .0 1 .2 0 0 7
0 6 -0 7 _ 0 1 _ 2 0 0 7
9
h , [1 0
h , [1 0
9
0 6 .0 1 .2 0 0 7
1.5
NOA A 0933
1.5
1
1
700
800
900
1000
1100
1200
1300
-5
0 ,0
B ,G s
9
5
cm ]
L ist o f w avelen g th s
AR10933
02 .08cm
02 .54cm
03 .55cm
02 .05cm
02 .58cm
03 .48cm
02 .63cm
03 .40cm
02 .67cm
03 .64cm
02 .72cm
03 .73cm
02 .76cm
03 .81cm
02 .81cm
03 .91cm
02 .87cm
04 .02cm
02 .90cm
04 .10cm
02 .96cm
04 .21cm
03 .02cm
04 .32cm
03 .08cm
04 .45cm
02 .26cm
03 .14cm
04 .73cm
02 .23cm
03 .21cm
05 .02cm
02 .02cm
500 K
AR10934
02 .00cm
Lb
01 .98cm
2.5
01 .93cm
0 7 -0 8 _ 0 1 _ 2 0 0 7
NO A A 0 9 3 3
2
cm ]
03 .35cm
1.5
9
03 .27cm
02 .16cm
cm ]
02 .20cm
02 .11cm
9
02 .13cm
h , [1 0
La
h , [1 0
s u n : 1 2 :2 0 :0 9 U T
V
x , [1 0
1
0 7 -0 8 _ 0 1 _ 2 0 0 7
2 .0
NO A A 0933
1 .5
1 .0
01 .84cm
02 .51cm
J a n .7 , 2 0 0 7
J a n .8 , 2 0 0 7
I
02 .43cm
4000 K
02 .39cm
02 .32cm
02 .28cm
-1 3 4 6 "
E
0.5
0 .5
02 .47cm
-6 7 4 "
-2 "
669"
W
0,0
600
800
1000
1200 1400
B ,G s
1600
1800
2000
0 ,0
-1
0 ,0
x, [1 0
9
cm ]
1
20.09.2014
14
20.09.2014
15
АО с сложной структурой магнитных полей.
Пример АО 10956 с 16-21 мая 2007
su n : 2 0 0 7 /0 5 /1 8 : 2 .9 6 [cm ]
B)
D)
20 0 K
P ola rizatio n
A)
30 00 K
In ten sity
C)
-5 1 4 "
Радиоданные параметр V (2.6 см)
Данные в линии 171 ангстрем
Фотосферные данные MDI
20.09.2014
-3 3 6 "
E
M ag ne tic fie ld
-1 5 9 "
19"
196"
W
16
Циклотронный источник B
(16-17/05-07)
20
ССРТ
H(f)
2 0 0 7 /0 5 /1 6 -1 7 N O A A 1 0 9 5 6
14
M e a s u re d
10
H _ co r, M m
M e a s u re d
10
5
R e co n stru ctio n
H(f)
2 0 0 7 /0 5 /1 6 -1 7 , so u rce C
ССРТ
12
so u rce B
15
H _ co r, M m
Циклотронный источник C
(16-17/05-07)
8
6
4
R e co n stru ctio n 1 6 m a y
2
0 ,0
0 ,0
-5
-2
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
400
500
600
700
20
2 0 0 7 /0 5 /1 6 -1 7 N O A A 1 0 9 5 6
R e co n stru ctio n
1000
1100
1200
1300
H(L)
8
H _ co r, M m
H _ co r, M m
900
2 0 0 7 /0 5 /1 6 -1 7 N O A A 1 0 9 5 6
so u rce C
10
H(L)
so u rce B
15
800
M a g n e tic F ie ld s, G s
M a g n e tic F ie ld s, G s
10
5
M e a s u re d
6
4
R e co n stru ctio n 1 6 m a y
2
0 ,0
M e a s u re d
0 ,0
-5
-2
0 ,0
2
L o n g itu d e , M m
4
6
8
-2
0 ,0
2
4
6
L o n g itu d e , M m
8
10
12
Соответствие
фотосферного и
реконструированного
магнитного поля с
изображением
активной области
линии 171 Å.
Магнитное поле представлено в трехмерном виде: z – координата по высоте,
координаты x и y – по поверхности фотосферы Солнца.
20.09.2014
18
О сопоставлении высот для радиоисточников
в сложной активной области
(NLS и циклотронные источники B и C)
S u n : 2 0 0 7 /0 5 /1 8 : 3 .4 8 [cm ]
Ta,I
16000
П а р а м е тр ы
I, V
Ta,V
700
V
D)
S u n : 2 0 0 7 /0 5 /1 8 : 3 .4 8 [c m ]
П а р а м е тр ы R , L
Ta,L
18000
Ta,R
18000
R s o u rc e
B)
-7 5
11750
13250
13250
L s o u rc e
A)
I
7500
-8 5 0
8500
8500
-1 6 2 5
3750
3750
-2 4 0 0
-1 0 0 0
-1 0 0 0
C)
3250
-1 0 0 3 "
20.09.2014
-7 3 6 "
-4 6 8 "
-2 0 1 "
66"
-1 0 2 9 "
-7 5 8 "
-4 8 6 "
-2 1 5 "
57"
19
Положение источников A, B, C и D в канале V и в
каналах R и L на сканах за период с 16 по 20 мая 2007г.
PosB["]
PosC["]
PosD["]
PosR["]
PosL["]
207/05/16
-530
-540
-350
2007/05/17
-360
-550
-370
-380
-580
-390
Pos["]
-570
-590
-600
-400
-410
-610
-420
-620
-430
-630
-440
6
8
10
12
14
16
-220
-240
-250
-260
-450
Frq
PosC
PosB
PosR
PosL
2007/05/18
NOAA 10956 Az-24
-230
Pos (")
-560
Pos["]
PosB["]
PosC["]
PosD["]
PosR["]
PosL["]
6
6
8
10
12
14
8
10
12
14
16
Frq (GHz)
16
Frq
-210
PosB["]
PosC["]
PosD["]
PosR["]
PosL["]
2007/05/18
-220
-230
PosB["]
PosC["]
PosD["]
PosR["]
PosL["]
2007/05/19
50
40
260
250
30
240
20
-240
-260
-270
Pos["]
Pos["]
Pos["]
230
10
-250
0
-10
-20
-280
-30
-290
-40
-300
-50
-310
8
10
12
Frq
14
16
220
210
200
190
180
6
6
PosB["]
PosC["]
PosD["]
PosR["]
PosL["]
2007/05/20
8
10
12
Frq
14
16
6
8
10
12
Frq
14
16
О КРУПНОМАСШТАБНОЙ МАГНИТНОЙ
СТРУКТУРЕ АКТИВНОЙ ОБЛАСТИ
к западу
С SOURCE
D
D SOURCE
SOURCE
В SOURCE
F r e q u e n c y ,G H z
B SOURCE
C so u r ce
6
B so u r ce
D so u r ce
8
10
к востоку
-8
-4
0
4
8
12
D Po s(')
to th e E ast
to th e W est
Средние значения нормированных положений источников В, С и D за 16-20 мая 2007 г. которые
отражают направления (к востоку или западу по диску Cолнца) излучающих областей (и
соответственно наиболее интенсивных магнитных полей) в зависимости от частоты (и
соответственно от высоты над фотосферой)
О КРУПНОМАСШТАБНОЙ МАГНИТНОЙ
СТРУКТУРЕ АКТИВНОЙ ОБЛАСТИ
С SOURCE
D
D SOURCE
SOURCE
В SOURCE
F r e q u e n c y ,G H z
B SOURCE
C so u r ce
6
B so u r ce
D so u r ce
8
10
-8
-4
0
4
8
12
D Po s(')
to th e E ast
to th e W est
Средние значения нормированных положений источников В, С и D за 16-20 мая 2007 г. которые
отражают направления (к востоку или западу по диску Cолнца) излучающих областей (и
соответственно наиболее интенсивных магнитных полей) в зависимости от частоты (и
соответственно от высоты над фотосферой)
Относительное перемещение радиоисточников
(NLS и циклотронных) по диску Солнца
Перемещение в картинной плоскости
40
Высотное перемещение
C s o u rc e
35
R s o u rc e
P o s -P o s B (" )
30
25
20
L s o u rc e
15
10
5
B s o u rc e
0
16
17
18
19
20
21
T im e - M a y , 2 0 0 7
Источник NLS находится на 1500-2000 км ниже циклотронных радиоисточников B и C
20.09.2014
23
Расчет радиоизлучения активной области NOAA 10946 на основе
реконструированного магнитного поля для I, V, R и L излучения
(a) расчет R и L по реконструкции H
b) расчет I и V по реконструкции H
(a)
Для неполяризованного излучения расчетные
высоты 8-12 Mm и соответствуют наблюдениям
(b)
Для циклотронных радиоисточников расчетные
высоты равны 4-6 Mm и противоречат наблюдениям
Для соответствия наблюдаемых и расчетных
спектров требуются корректирующие множители
1.5-2 на величину фотосферного магнитного поля и
учет неоднородного распределения температуры и
плотности электронов.
К противоречиям экспериментов и модельных реконструкций
(Спектр размеров циклотронного радиоисточника С)
sun:2007/05/18 09:10 UT
Flx,V
S iz e _ c le a n _ I _ m a x , a r c s e c
70
B
T h e ta _ cle a n _ I_ m a x
re co n stru ctio n _ 1 0 0 0
re co n stru ctio n _ 2 0 0 0
re co n stru ctio n _ 3 0 0 0
60
55
D
C
1. 88c m
A
3. 02c m
50
45
2. 32c m
2 0 0 7 .0 5 .1 8 A R 1 0 9 5 6
so u rce 2
40
M e a s u re d
0 .1 s.f.u .
3. 73c m
35
5. 02c m
30
25
20
M o d e lle d
15
10
475"
5
349"
224"
-9 8 "
0
6
8
10
12
14
16
F re q u e n cy,G H z
C
D
A
B
28"
О высотной структуре радиоисточников
на лимбе
АО 10956
13.05.2010
Скан на частоте
5.7 ГГц наложен
На карту ССРТ.
Прямое измерение высоты активной области
NOAA 10956 по наблюдениям на лимбе Солнца
12 мая
13 мая
AZ +24
2 0 0 7 / 0 5 / 1 3 A z -+ 2 4
N
03
9 5A6z -+ 2 4
2 0O
0A
7 /A
0 51
/1
18
2 0 0 7 / 0 5 / 1 2 A z -+ 2 4
N O A A 10956
AZ +24
18
N O A A 10956
H, M m
HH, ,M Mm m
32
16
16
1144
30
12
12
5 ,5
6 ,0
6 ,5
7 ,0
7 ,5
8 ,0
8 ,5
F rq (G H z )
9 ,0
9 ,5
6
6
8
8
10
10
12
12
14
F rq (G H z )
F rq (G H z )
Измерение разностных высот. Абсолютные измерения
высот нуждаются в привязке.
14
16
16
Проблема сопоставления величин фотосферных
магнитных полей и корональных магнитных полей по
измерениям в радиодиапазоне.
1 ,3
P o la r iz a t io n F lu x , s . f . u .
I n t e n s it y F lu x , s . f . u .
0 ,3 0
1 ,1
1 ,0
S o u rc e A
0 ,9
0 ,8
0 ,7
0 ,6
0 ,5
0 ,3 0
F lu x F
D e g re e P
0 ,2 5
0 ,2 5
0 ,2 0
0 ,2 0
0 ,1 5
0 ,1 5
0 ,1 0
0 ,1 0
0 ,0 5
0 ,0 5
S o u rc e D
0 ,4
0 ,3
6
7
8
9
10
11
12
13
14
H _ o p t= 1 0 6 6 G s
Source D
6
8
10
F re q u e n cy, G H z
F re q u e n cy, G H z
H rad ( 3 H ) 1670 Gs
H rad ( 4 H ) 1250 Gs
12
14
P o la r iz a t io n d e g r e e , P
2 0 0 7 .0 5 .1 8 N O A A 1 0 9 5 6 I
1 ,2
ВЫВОДЫ
Разработан новый алгоритм, позволяющий определять
высотную структуру магнитного поля в активной области по
результатам многоволновых измерений на РАТАН-600.
Два независимых подхода к исследованию коронального
магнитного поля активных областей (измерение высотной
структуры поля и размеров источников) показали один и тот
же результат:
а именно, что широко применяемая многими исследователями
реконструкция коронального магнитного поля по радиальной
компоненте фотосферного магнитного поля в рамках
нелинейного бессилового приближения, по-видимому, не дает
верных результатов.
Новые перспективы по повышению точности мы ожидаем с
улучшением точности работы РАТАН-600 в азимутах и
расширения его возможностей в мм-диапазоне волн.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
6
Размер файла
11 611 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа