Критерии для предсказания протонных событий по солнечным наблюдениям в реальном времени

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обсуждается последовательность преодоления пороговых значений ряда физических характеристик для предсказания протонных событий в реальном времени. Каждая характеристика добавляет новый физический смысл, который уточняет предсказание. Для учета всех характеристик необходимы следующие непрерывные патрульные наблюдения: 1) магнитного поля активной области (всплытие потока) и общего магнитного поля Солнца, которые могут предсказать начало вспышечной активности за несколько дней до основных событий; 2) мягкого рентгеновского излучения в двух каналах для вычисления температуры (Т) и меры эмиссии плазмы, которые могут показать преднагрев до T > 10 МК, необходимый для начала ускорения протонов (первые минуты до начала жесткого рентгеновского излучения с энергиями >100 кэВ); 3) жесткого рентгеновского излучения >100 кэВ или микроволнового излучения (>3 ГГц), которые показывают интенсивность и длительность работы ускорителя электронов (единицы и десятки минут до прихода протонов с энергиями >100 МэВ); 4) радиоизлучения на плазменных частотах (<1000 МГц), показывающего развитие вспышечного процесса вверх в корону и ведущего к корональному выбросу массы за несколько минут до начала радиовсплесков II и IV типов (первые десятки минут до появления коронального выброса массы в поле зрения коронографа); 5) направление и скорость распространения корональных выбросов массы, которые определяют условия выхода ускоренных протонов в гелиосферу. Эти этапы солнечных протонных вспышек иллюстрируются наблюдениями протонных событий 2—9 августа 2011 г. Для количественного предсказания времени начала, максимума и величины протонного потока, а также его флюенса необходимо создание статистических регрессионных моделей, основанных на всех перечисленных характеристиках прошедших солнечных протонных событий.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Б. Струминский

Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: astruminsky@gmail.com
Россия, Москва

А. М. Садовский

Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)

Email: astruminsky@gmail.com
Россия, Москва

И. Ю. Григорьева

Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН (ГАО РАН)

Email: astruminsky@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Белов А.В. Вспышки, выбросы, протонные события // Геомагнетизм и aэрономия. 2017. Т. 57. № 6. С. 783—793. https://doi.org/10.7868/S0016794017060025
  2. Герштейн С.С. Механизм коллективного ускорения солнечных космических лучей // Геомагнетизм и aэрономия. 1979. Т. 19. № 2. С. 202—210.
  3. Григорьева И.Ю., Струминский А.Б., Логачев Ю.И., Садовский А.М. Корональное распространение солнечных протонов во время и после их стохастического ускорения // Космич. исслед. 2023. Т. 61. № 3. С. 230—241. https://doi.org/10.31857/S0023420622600246
  4. Григорьева И.Ю., Струминский А.Б. Формирование источника солнечных космических лучей в эруптивных вспышках X6.99 августа 2011 года M5.117 мая 2012 года // Астрон. журн. 2022. Т. 99. № 6. С. 486—495. https://doi.org/10.31857/S0004629922060044
  5. Ишков В.Н. Прогноз солнечных вспышечных явлений: солнечные протонные события // Изв. РАН. Сер. физ. 2023. Т. 87. № 7. С. 1010—1013.
  6. Кузнецов Н.В. Радиационные условия на орбитах космических аппаратов. Гл. 3.9 // Модель космоса: научно-информационное издание в 2 т. Т. 1: Физические условия в космическом пространстве // Ред. М.И. Панасюк, Л.С. Новиков. М.: КДУ, 2007. С. 627—641.
  7. Логачев Ю.И., Базилевская Г.А., Дайбог Е.И., Ишков В.Н., Лазутин Л.Л., Сурова Г.М. Новый параметр в описании событий СКЛ — Энергия баланса между солнечными и галактическими протонами // Ядерная физика. 2018. Т. 81. № 3. С. 371—376. https://doi.org/10.7868/S0044002718030121I
  8. Лысенко А.Л., Фредерикс Д.Д., Флейшман Г.Д. и др. Рентгеновское и гамма-излучение солнечных вспышек // УФН. 2020. Т. 190. С. 878—894. https://doi.org/10.3367/UFNr.2019.06.038757.
  9. Нымник Р.А. Модель солнечных космических лучей. Гл. 2.7 // Модель космоса: научно-информационное издание в 2 т. Т. 1: Физические условия в космическом пространстве / Ред. М.И. Панасюк, Л.С. Новиков. М.: КДУ, 2007. С. 402—416.
  10. Саранцев В.П., Перельштейн Э.А. Коллективное ускорение ионов электронными кольцами. М.: Атомиздат, 1979. С. 210.
  11. Струминский А.Б., Садовский А.М., Григорьева И.Ю. Расширение источника мягкого рентгеновского излучения и “магнитная детонация” в солнечных вспышках // Письма в АЖ. 2023. Т. 49. № 11. С. 806–818.
  12. Струминский А.Б., Григорьева И.Ю., Логачев Ю.И., Садовский А.М. Солнечные электроны и протоны в событиях 4—10 сентября 2017 года и сопутствующие явления // Физика плазмы. 2020. Т. 46. № 2. С. 139—153. https://doi.org/10.31857/S0367292120020134
  13. Струминский А.Б., Григорьева И.Ю., Логачев Ю.И., Садовский А.М. Связь между длительностью и величиной ускорения корональных выбросов массы // Геомагнетизм и аэрономия. 2021. Т. 61. № 6. С. 683—693. https://doi.org/10.31857/S001679402105014X
  14. Черток И.М. Диагностический анализ солнечных протонных вспышек сентября 2017 г. по их радиовсплескам // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58. № 4. С. 471—478.
  15. Цап Ю.Т., Мельников В.Ф. Температура столкновительной плазмы и бетатронное ускорение квазитепловых электронов в солнечных вспышках // Письма в Астрон. журн. 2023. Т. 48. № 4. С. 289—209.
  16. Ajello M., Baldini L., Bastieri R., et al. First Fermi-LAT solar flare catalog // Astrophys. J. Suppl. 2021. V. 252. P. 13. https://doi.org/10.3847/1538-4365/abd32e
  17. Alberti L.M., Cliver E.W., Storini M., Consolini G., Lepreti F. Solar activity from 2006 to 2014 and short-term forecasts of solar proton events using the ESPERTA model // Astrophys. J. 2017. V. 838. P. 59. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa5cb8
  18. Altyntsev A.T., Meshalkina N.S., Lysenko A.L., Fleishman G.D. Rapid variability in the SOL2011—08—04 flare: implications for electron acceleration // Astrophys. J. 2019. V. 883. P. 38. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab380
  19. Aschwanden M.J. The localization of particle acceleration sites in solar flares and CMEs // Space Sci. Rev. 2006. V. 124. P. 361—372.
  20. Balch C.C. Updated verification of the Space Weather Prediction Center’s solar energetic particle prediction model // Space Weather. 2008. V. 6. P. S01001. https://doi.org/10.1029/2007SW000337
  21. Belov A., Kurt V., Mavromichalaki H., Gerontidou M. Peak-size distributions of proton fluxes and associated soft X-ray flares // Sol. Phys. 2007. V. 246. № 2. P. 457—470.
  22. Garcia H.A. Temperature and emission measure from GOES soft X-ray measurements // Sol. Phys. 1994a. V. 154. P. 275—308. https://doi.org/10.1007/BF00681100
  23. Garcia H.A. Temperature and hard X-ray signatures for energetic proton events // Astrophys. J. 1994b. V. 420. P. 422—432. https://doi.org/10.1086/173572
  24. Garcia H.A. Forecasting methods for occurrence and magnitude of proton storms with solar soft X-rays // Space Weather. 2004. V. 2. P. S02002. https://doi.org/10.1029/2003SW000001
  25. García-Rigo A., Núñez M., Qahwaji R., Ashamari O., Jiggens P., Pérez G., Hernández-Pajares M., Hilgers A. Prediction and warning system of SEP events and solar flares for risk estimation in space launch operations // J. Space Weather Space Clim. 2016. V. 6. P. A28. https://doi.org/10.1051/swsc/2016021
  26. Gopalswamy N., Yashiro G., Michalek G., et al. The SOHO/LASCO CME catalog // Earth, Moon, Planet. 2009. V. 10. P. 4.
  27. Grigor’eva I. Yu., Struminsky A.B. Flares unaccompanied by interplanetary coronal mass ejections and solar proton events // Geomagn. Aeronomy. 2021. V. 61. Art. ID1263. https://doi.org/10.1134/S0016793221080090
  28. Hudson H.S. Threshold effect in second-stage acceleration // Sol. Phys. 1978. V. 57. P. 237—240.
  29. Hudson H.S., Simões P.J.A., Fletcher L., Hayes L.A., Hannah I.G. Hot X-ray onsets of solar flares. 2021. https://doi.org/10.1093/mnras/staa3664, arXiv:2007.05310
  30. Kahler S.W., Ling A.G. A comparison of solar X-ray flare timescales and peak temperatures with associated coronal mass ejections // Astrophys. J. 2022. V. 934. P. 175 (P. 9). https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac7e56
  31. Kahler S.W., White S.M., Ling A.G. Forecasting E > 50-MeV proton events with the proton prediction system (PPS) // J. Space Weather Space Clim. 2017. V. 7. P. A27. https://doi.org/10.1051/swsc/2017025
  32. Kahler S.W. Solar energetic particle events and the Kiplinger Effect // Astrophys. J. 2012. V. 747. P. 66. https://doi.org/10.1088/0004-637X/747/1/66
  33. Kallenrode M.B., Cliver E.W. Rogue SEP events: observational aspects // Proceedings of the 27th International Cosmic Ray Conference. Hamburg, Germany, August 7–15, 2001. Under auspices of the IAUPAP. P. 3314.
  34. Kiplinger A. Comparative studies of hard X-ray spectral evolution in solar flares with high energy proton events observed at Earth // Astrophys. J. 1995. V. 453. P. 973—986. https://doi.org/10.1086/176457
  35. Klein K.-L., Trottet G., Klassen A. Energetic particle acceleration and propagation in strong CME-less flares // Sol. Phys. 2010. V. 263. P. 185—208. https://doi.org/10.1007/s11207-010-9540-5
  36. Ling A.G., Kahler S.W. Peak temperatures of large X-ray flares and associated CME speeds and widths // Astrophys. J. 2020. V. 891. P. 54 (8 p). https://doi.org/103847/1538-4357/ab6f6c
  37. Müller-Mellin R., Kunow H., Fleißner V., et al. COSTEP — Comprehensive suprathermal and energetic particle analyser // Sol. Phys. 1995. V. 162. P. 483.
  38. Miller J.A., Cargill P.J., Emslie A.G., et al. Critical issues for understanding particle acceleration in impulsive solar flares // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. № A7. P. 14631—14660. https://doi.org/10.1029/97JA00976
  39. Neupert W.M. Comparison of solar X-ray line emission with microwave emission during flares // Astrophys. J. 1968. V. 153. P. L59–L64.
  40. Núñez M. Predicting solar energetic proton events (E > 10 MeV) // Space Weather. 2011. V. 9. P. S07003. https://doi.org/10.1029/2010SW000640
  41. Núñez M. Real-time prediction of the occurrence and intensity of the first hours of >100 MeV solar energetic proton events // Space Weather. 2015. V. 13. P. 807—819. https://doi.org/10.1002/2015SW001256
  42. Núñez M. Predicting well-connected SEP events from observations of solar soft X-rays and near-relativistic electrons // J. Space Weather Space Clim. 2018. V. 8. P. A3. https://doi.org/10.1051/swsc/2018023
  43. Núñez M., Paul-Pena D. Predicting >10 MeV SEP events from solar flare and radio burst data // Universe. 2020. V. 6. P. 161. https://doi.org/10.3390/universe6100161
  44. Ramaty R., Colgate S.A., Dulk G.A., et al. Energetic particles in solar flares. // Proc. of the 2nd SKYLAB Workshop on Solar Flares. Ed. P.A. Sturrock. 1978. Ch. 4. P. 117—185.
  45. Shih A.Y., Lin R.P., Smith D.M. RHESSI observations of the proportional acceleration of relativistics >0.3 MeV electrons and >30 MeV protons in solar flares // Astrophys. J. 2009. V. 698 (2). P. L152–L157.
  46. Swalwell B., Dalla S., Walsch R.W. Soalr energetic particle forcating algorthms and associated false alarms // Solar Phys. 2017. V. 292. P. 173. https://doi.org/10.10007/s11207-017-1196-y
  47. Zucca P., Núñez M., Klein K. Exploring the potential of microwave diagnostics in SEP forecasting: The occurrence of SEPevents // J. Space Weather Space Clim. 2017. V. 7. P. A13. https://doi.org/10.1051/swsc/2017011
  48. Zuccarello F.P., Seaton D.B., Mierla M., Poedts S., Rachmelz L.A., Romano P., Zuccarello F. Observational evidence of torus instability as trigger mechanism for coronal mass ejections: the 2011 August 4 filament eruption // Astrophys. J. 2014. V. 785. P. 88 (11 p). https://doi.org/10.1088/0004-637X/785/2/88

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Период со 2 по 9 августа 2011 г. (верхняя горизонтальная шкала — дни августа, нижняя — минуты с 00:00 UT 2 августа 2011 г.). Температура вспышечной плазмы, вычисленная по данным SXR-детектора GOES — черная кривая. Черная стрела показывает пороговую температуру вспышечной плазмы 12 МК для ускорения протонов. Интенсивность протонов в дифференциальных каналах детектора EPHIN/SOHO 7.8—25 МэВ (черные открытые кружки) и 25—53 МэВ (серые звездочки).

Скачать (183KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Обозначения как на рис. 1. Период со 2 по 9 августа 2011 г. разбит на отрезки по 2 дня: (а) 2—3 августа, (б) 4—5 августа, (в) 6—7 августа и (г) 8—9 августа. Верхняя горизонтальная шкала — часы, а нижняя — минуты. Цифры на каждой панели соответствуют номерам вспышек в табл. 1—3.

Скачать (602KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Темп счета ACS SPI за 50 мс (сглаженные средние за 1 мин, фон вычтен) относительно указанного нулевого времени UT в событиях 2 (светло-серая кривая, протонный сигнал после 25 мин), 4 (серая кривая, HXR 0—15 мин, солнечные протоны после 25 мин), 5 (тонкая черная кривая, модуляция потока ГКЛ и СКЛ после минус 25 мин) и 9 (черная кривая, HXR 0—7 мин, солнечные протоны после 10 мин) августа 2011 г.

Скачать (126KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024