Моделирование

Моделирование радиоизлучения магнитосфер солнечных активных областей и спокойного Солнца по наблюдениям в радиодиапазоне (строение и механизмы излучения различных компонент, особенности теплового магнито-тормозного излучения солнечных пятен и корональных петель и их влияние на наблюдательные характеристики активных областей, возможные причины смены знака поляризации радиоизлучения, вклад нетепловых механизмов излучения) существенно дополняет астрофизическую интерпретацию наблюдений Солнца и является важной составной частью .. создания сетевого интерактивного ресурса данных для прогноза и диагностики солнечной активности на основе регулярных данных радионаблюдений Солнца на РАТАН-600.

1. Для объяснения неоднократных смен знака поляризации в активных областях проведены модельные расчеты теплового циклотронного излучения простейшей трехмерной горячей петли (тора). Показано, что горячая корональная петля может внести заметные изменения в характеристики излучения солнечной активной области на сантиметровых и дециметровых волнах. Подробно рассмотрено, при каких условиях спектр излучения активной области, содержащей корональную петлю, может принять сложный характер с несколькими максимумами или сравнительно узкополосными циклотронными линиями, а знак поляризации неоднократно меняться по диапазону. Ожидаемое распределение поляризации по источнику в рассматриваемой модели в значительной степени соответствует результатам наблюдений на РАТАН-600 активной области AR 7962 12-14 мая 1996 г., в которой эффект инверсии поляризации имел характеристики, близкие к рассчитанным. На основании проведенных модельных расчетов рассмотрен возможный вклад теплового циклотронного излучения горячих корональных магнитных петель в наблюдаемые характеристики источников микроволнового излучения, связанных с солнечными пятнами. Полученные спектрально-поляризационные особенности рассматриваются с точки зрения возможности объяснения некоторых наблюдаемых на РАТАН-600 свойств нестандартных источников микроволнового излучения, связанных с активными областями на Солнце.

2.По данным совместных наблюдений на РАТАН-600 и ССРТ показано, что сложные спектрально-поляризационные свойства излучения вспышечно-продуктивных активных областей (такие как, рост поляризованного потока излучения на коротких сантиметровых волнах (1.8 –5 см), неоднократные инверсии поляризации по частоте по данным РАТАН-600) дополняются частыми и хаотическими сменами знака поляризации во времени в двумерном изображении на волне 5.2 см по данным ССРТ). Это указывает на непрерывные процессы накопления и предварительного разогрева магнитосферы активной области в широком диапазоне высот. Эти данные противоречат современным вспышечным моделям, основанным на относительно стабильных, хотя и сложных магнитных арочных структурах.

3. Исследование тонкой структуры спокойного Солнца по многоволновым наблюдениям на РАТАН-600 показало, что в наблюдениях РАТАН-600 в период минимума солнечной активности регулярно присутствует мелкомасштабная структура радиоизлучения спокойного Солнца (средние размеры 20-40 угл. сек). Высокая степень корреляции отдельных элементов структуры между частотами по всему диапазону свидетельствует о малой изменчивости структуры по высоте. По наблюдениям в нескольких азимутах оценено среднее время жизни, которое в среднем составляет несколько часов. Отмечена связь длительности существования элементов структуры с величиной их пространственного размера. Спектры яркостных температур показывают рост с длиной волны, при этом поляризация излучения незначительна.

По наблюдениям слабоконтрастной структуры спокойного Солнца

на РАТАН-600, на пределе чувствительности радиотелескопа, отождествлены отдельные детали и найдены временные и спектрально-поляризационные характеристики зарождающейся активной области, флоккульного уярчения и нескольких ярких рентгеновских точек. Эта методика может быть применена для ежедневной мониторинга уровня активности спокойного Солнца.

4. Исследовано влияние магнитосферы активной области на свойства поляризации и интенсивности излучения АО в целом и нижележащих пятенных источников на примере спектрально-поляризационных наблюдений АО 5200 в октябре 1988 г и компьютерного моделирования. Показано, что инверсия знака поляризации наблюдаемого излучения может быть объяснена влиянием уловий распространения внутри самого источника излучения. Исследованный эффект добавлен в возможности пакета программ для моделирования радиоизлучения петельных структур.

5. На основе наблюдений на РАТАН-600 активной области AR 9591, в структуре которой имелась близко расположенные пятна противоположной полярности (дельта-конфигурация основного пятна) проведено моделирование микроволнового излучения пятенного источника. Степень поляризации в диапазоне 5–10 см росла с ростом длины волны, что не характерно для циклотронных источников. Рассчитанные абсолютные значения полного потока и характер одномерного распределения интенсивности излучения по источнику соответствуют наблюдательным данным. Однако в рамках простой модели не удается смоделировать высокую степень поляризации на длинных волнах. Кроме того, на рассчитанных одномерных сканах поляризованная составляющая имеет четко выраженный биполярный характер во всем диапазоне длин волн 2 – 10 см, в то время как наблюдаемое изображение на длинах волн ? > 4 см становится униполярным. Сделан вывод о более сложной структуре магнитного поля, чем до сих пор предполагается в теоретических представлениях.

6. На основе моделирования микроволнового излучения пятенных циклотронных источников уточнен метод оценок эффективных яркостных температур, размеров и высот источников над фотосферой при обработке наблюдений на РАТАН-600. Оценено влияние эффекта проекции на уменьшение видимого размера источника, вызывающее уменьшение эффективных размеров источника в полном излучении и увеличение размеров в поляризованном излучение и возрастание его яркостных температур. Предложены соответствующие методические коррекции. Промоделирован метод оценки эффективной высоты источника излучения по измерениям отклонения центра тяжести излучения от геометрического центра источника при приближении к лимбу.

7. Разработана методика восстановления распределения параметров плазмы в переходной зоне по данным наблюдений одиночных пятен, позволяющая оценивать ширину переходного слоя и градиент температур для каждого наблюдаемого пятенного источника.

Разработан метод оценки высотной структуры стабильных циклотронных радиоисточников над пятнами с использованием широкодиапазонных радионаблюдений с высоким частотным разрешением на РАТАН-600, который дает не только зависимость напряженности магнитного поля от высоты, но и определяет двумерную форму силовой трубки, радиоизлучаюшей в микроволновом диапазоне длин волн.

Магнитные поля напряженностью около 1000 Гаусс находятся на достаточно больших высотах в атмосфере Солнца (от 10 до 40 т.км ), что хорошо подтверждает наблюдения в ультрафиолете, по которым расходимость силовых трубок мала (не более 15% в вершинах магнитных петель), а также соответствует предыдущим радиоастрономическим измерениям магнитного поля на уровне переходной. Обнаружено, что топология излучающей на микроволнах силовой трубки в некоторых исследованных случаях может иметь винтовую (жгутовую) структуру.

9. На основе современных представлений о физике солнечных активных образований, с учетом описанных выше разработок и согласно плану развития диагностико-прогностического центра созданы программы для моделирования радиоизлучения активных областей на Солнце на основе наблюдений на РАТАН-600. На данный момент веб-приложениям для моделирования дипольной магнитной структуры пятенного источника и петельного источника, магнитотормозного излучения пятенного источника (в 2 вариантах, с различным подходом к решению интегрирования уравнения переноса излучения), радиоизлучения яркого источника хромосферной сетки, радиоизлучения петельной структуры (с учетом нетепловых механизмов излучения), радиоизлучения модельного источника упрощенной (кубической) формы.

Результаты расчета выдаются в виде, наиболее удобном для сравнения с результатами наблюдений источников на РАТАН-600. Подбор параметров модели, дающих результат наиболее близкий к наблюдениям, позволяет диагностировать физические параметры (магнитное поле, плотность, температура) наблюдаемых источников.