Тема: Моделирование радиоизлучения активных областей на Солнце

Радиоизлучение Солнца - один из объектов изучения радиофизики уже долгие годы. В солнечной атмосфере (хромосфере и короне) прямые измерения физических условий (магнитного поля, температуры и концентрации электронов) либо невозможны, либо очень ограниченны. Наблюдения в оптическом диапазоне способны дать лишь инфор­мацию об условиях на поверхности Солнца (фотосфере). Поэтому особую важность приобретают наблюдения в других диапазонах волн, особенно в радиодиапазоне, по­скольку радиоизлучение генерируется в хромосфере и нижней короне.
Радиоизлучение плазмы солнечной атмосферы на радиоволнах простирается в диа­пазоне длин волн от нескольких миллиметров до десятков метров. Она находится как в равновесном состоянии, при этом излучение подчиняется законам излучения тепловой плазмы, так и в сильно неравновесном состоянии с нетепловым распределением частиц по скоростям и по питч-углам. В последнем случае излучение определяется плазмен­ными механизмами генерации радиоволн [1].
Измерения магнитных полей в структурах солнечной атмосферы базируются на ана­лизе спектра и поляризации радиоизлучения соответствующих деталей на радиокартах Солнца. При этом величина магнитного поля определяется на основе анализа, исполь­зующего теорию распространения и генерации радиоизлучения в плазме. Сравнивая моделей солнечного излучения с наблюдаемыми данными позволяет делать выводы о структурах и свойствах солнечной атмосферы [2].
Долгое время особый интерес вызывает излучение активных областей, главным ком­понентом которых являются солнечные пятна. В сантиметровом диапазоне наибольший вклад вносит циклотронное излучение [3], генерируемое на 2 и 3 гармониках для обык­новенной и необыкновенной волны. Существует много ранних работ, где авторы мо­делируют поля солнечных пятен на определенных диапазонах длин волн, но это не позволяло увидеть полную картину структуры поля. Однако в [4], где был разработан метод определения кратчайшей длины волны излучения, было показано, что магнит­ное поле в переходной области примерно на 20% ниже, чем в фотосфере. Это позволило сделать выводы о высоте короны.
Спектральные исследования радиоизлучения Солнца являются важным источником информации о физическом состоянии и природе солнечной атмосферы. Радиотелескопы- рефлекторы с небольшими размерами параболических зеркал применяются для изме­рения общего потока излучения на отдельных частотах радиодиапазона. Часто исполь­зуют данные, полученные с рефлекторного телескопа РАТАН-600 (Radio Astronomical Telescope of the Academy of Sciences 600). Он позволяет производить детальный анализ спектров всех компонент солнечного радиоизлучения в сантиметровом и дециметровом диапазонах, но с разрешающей способностью ограниченной несколькими десятками ду­говых секунд.
Диагностические методы позволяют обрабатывать отдельные области солнечной ат­мосферы, такие как солнечные пятна и активные области. Относительно недавно был разработан метод [5, 6], позволяющий оценить электронную температуру излучающей области, основанный на сравнении пространственных структур восстановленного маг­нитного поля и радиоизлучения активной области.
В продолжение этого исследования был разработан диагностический метод [7], ос­нованный на итерационной коррекции температуры. Он позволил получить описание структуры верхней переходной зоны над солнечными пятнами.
В сложных структурах магнитных полей на Солнце в спектрах можно заметить появление высокочастотных уступов [9, П]. Исследование этой особенности может слу­жить эффективным способом диагностики плазмы в активных областях, величины маг­нитных полей и значения кинетической температуры корональной плазмы. В данной работе это применяется для определения параметров атмосферы (температура и кон­центрация электронов) над активной областью. В разработанном методе моделируют­ся униполярные области для всех возможных значений свободных параметров, после чего полученные спектры сравниваются с тремя реальными активными областями. По найденному соответствию можно с некоторой точностью определить параметры этих областей.
Также в рамках данной работы мы определили верхние границы излучения гироча­стот и сравнили их с ранее полученными в [4].
Купить

В рамках данной работы мы разработали в среде Matlab диагностический метод, который с помощью перебора ряда свободных параметров (температура и высота пере­ходного слоя, величина магнитного поля, угол наблюдения) для модели униполярной активной области позволяет сопоставить ее измерениям, полученным с радиотелеско­па РАТАН-600,и определить параметры реальной активной области. Свойства модели полностью соответствуют теории гирорезопапспого солнечного излучения.
В результате мы получили параметры солнечной атмосферы над интересующими пас особенностями и графики зависимостей потоков от частоты. Из полученных спек­тров радиоизлучения видно, что основной поток приходит со второй гармоники обыкно­венной волны и третьей для необыкновенной. Однако в процессе работы было замечено, что отношение частот "обрезания" получилось равным 1.3, в отличии от предполагае­мого отношения номеров гармопик(3/2).
Рис. 15: График зависимости отношения частот обрезания гирогармопик(£3/£2) в зави­симости от XT
Мы разработали способ определения верхней границы по частоте излучения па какой-либо гирогармопике. Ее значение оказалось выше, чем в [4] за счет учета оп­тически топкого излучения.
Различия в спектрах между экспериментальными и реальными данными связаны с рядом упрощений в пашей модели: активные области редко близки по форме к уни­полярной структуре, изменение температуры и концентрации имеют более сложный характер.
Более топкая подстройка параметров может привести к большему совпадению гра­фиков и более точному определению характеристик активных областей.
Купить