Влияние мелкомасштабной бернштейновской турбулентности на низкочастотные плазменные волны в предвспышечной хромосфере Солнца
Рубрика:
| 1Кришталь, АН, 1Войцеховская, АД, 1Герасименко, СВ, 2Черемных, ОК 1Главная астрономическая обсерватория Национальной академии наук Украины, Киев, Украина 2Институт космических исследований НАН Украины и ГКА Украины, Киев, Украина |
| Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2017, 33(4):3-28 |
| Start Page: Физика Солнца |
| Язык: русский |
Аннотация: Область исследований представляет собой участок токового контура магнитной петли в активной области в интервале высот от 1400 до 2500 км над уровнем фотосферы. На самом раннем этапе развития вспышечного процесса магнитное поле петли предполагалось стационарным и однородным в диапазоне, соответствующем «слабым» полям (так называемые дека-гектогауссовые поля). Были получены условия возникновения и развития неустойчивости второй гармоники бернштейновских мод в этой ранее не исследованной области. Причиной развития данной неустойчивости (равно как и возникающих позднее низкочастотных неустойчивостей) считалось субдрейсеровское электрическое поле петли, а основным фактором, сдерживающим ее развитие, — парные кулоновские столкновения. Полученные экстремально низкие значения порога неустойчивости указывали на принципиальную возможность последующего появления низкочастотных неустойчивостей (и соответствующих им плазменных волн), имеющих гораздо более высокие пороговые значения, уже на фоне насыщенной бернштейновской турбулентности. В рамках такого сценария частота рассеяния электронов на пульсациях турбулентности, как правило, превышает частоту парных (в основном электрон-ионных) кулоновских столкновений. При получении и исследовании дисперсионного уравнения для низкочастотных волн, кроме наличия квазистатического субдрейсеровского поля в петле, учитывалась также слабая пространственная неоднородность плотности и температуры плазмы. Показано, что решения дисперсионного уравнения для низкочастотных волн в случае преобладания парных кулоновских столкновений и в случае доминирования процесса потери импульса электронами на пульсациях насыщенной бернштейновской турбулентности являются морфологически подобными и отличаются только граничными значениями параметров возмущения. И в том, и в другом случае они относятся к одним и тем же семействам волн — кинетических альвеновских и кинетических ионно-звуковых. Эти волны, обладая собственным электрическим полем, могут играть существенную роль в предвспышечном ускорении энергичных электронов. |
| Ключевые слова: альвеновские волны, бернштейновская турбулентность, Солнце, хромосфера |
References:
1. А. Ф. Александров, Л. С. Богданкевич, А. А. Рухадзе, Основы электродинамики плазмы, ( М.: Высш. шк., 1989.—424с.)
2. Г. Бейтман, МГД-неустойчивости, ( М.: Энергоиздат, 1982.—200 с.)
3. А. Галеев, Д. Ломинадзе, А. Патарая и др., "Аномальное сопротивление плазмы вследствие неустойчивости на циклотронных гармониках". Журн. эксперим. и теор. физ, 1972. 417, 112—114 (1972).
4. А. А. Галеев, Р. Сагдеев, "3. Нелинейная теория плазмы". Вопр. теории плазмы, 1973. Вып. 7, 3—145 (1973).
5. С. И. Гопасюк, "Структура и динамика магнитного поля в активных областях на Солнце", Итоги науки и техники , ВИНИТИ. Астрономия.—1987.—34.— С. 7—77.
6. К. Де Ягер, Строение и динамика атмосферы Солнца, ( М.: Изд-во иностр. лит., 1962.—376 с.)
7. А. Г. Загородний, О. К. Черемных, Введение в физику плазмы, ( Киев: Наук. думка, 2014.—696 с.)
8. В. В. Зайцев, А. В. Степанов, Ю. Т. Цап, "Некоторые проблемы физики солнечных и звездных вспышек". Кинематика и физика небес. тел, 1994. 10 (6), 3—31 (1994).
9. Б. Б. Кадомцев, Коллективные явления в плазме, ( М: Наука, 1988.—303 с.)
10. Б. Б. Кадомцев, О. П. Погуце, "Турбулентные процессы в тороидальных системах". Вопр. теории плазмы, 1967. Вып. 5, 209—350 (1967).
11. А. Н. Кришталь, "Низкочастотные неустойчивости плазменных волн в замагниченной столкновительной плазме со слабой неоднородностью плотности". Радиофизика и радиоастрономия, 2003. 8 (1) (2003).
12. А. Н. Кришталь, А. Д. Войцеховская, С. В. Герасименко, М. В. Сидоренко, "О возможности развития неустойчивостей продольных волн на фоне мелкомасштабной бернштейновской турбулентности в предвспышечной хромосфере активной области". Кинематика и физика небес. тел, 2014. 30 (4), 14—25 (2014).
13. А. Н. Кришталь, С. В. Герасименко, "Дисперсия волн в магнитоактивной плазме арочных структур с учетом субдрейсеровских полей и сильной неоднородности плотности". Кинематика и физика небес. тел, 2002. 18 (3), 258—272 (2002).
14. А. Н. Кришталь, С. В. Герасименко, А. Д. Войцеховская, О. К. Черемных, "Об одном виде трехволнового взаимодействия низкочастотных волн в магнитоактивной плазме солнечной атмосферы". Кинематика и физика небес. тел, 2014. 30 (3), 58—70 (2014).
15. А. Б. Михайловский, "Колебания неоднородной плазмы". Вопр. теории плазмы, 1963. Вып. 3, 141—202 (1963).
16. А. Б. Михайловский, Теория плазменных неустойчивостей. Неустойчивости неоднородной плазмы, ( М.: Атомиздат, 1975.—Т. 2. Неустойчивости неоднородной плазмы.—360 с.)
17. А. П. Мишина, И. В. Проскуряков, Высшая алгебра, (М.: ГИФМЛ, 1962.—300 с.)
18. Основы физики плазмы: B 2-х томах, Под ред. А. А. Галеева, Р. Судана, ( М.:Энергоатомиздат, 1983.—Т. 1.—640 с.)
19. Основы физики плазмы: B 2-х томах, Под ред. А. А. Галеева, Р. Судана, ( М.:Энергоатомиздат, 1984.—Т. 2.—632 с.)
20. А. И. Подгорный, И. М. Подгорный, "Моделирование солнечной вспышки при всплывании нового магнитного потока". Астрон. журн, 2001. 78 (1), 71—77 (2001).
21. Э. Р. Прист, Солнечная магнитогидродинамика, ( М.: Мир, 1985.—592 с.)
22. Б. П. Филиппов, Эруптивные процессы на Солнце, ( М.: Физматлит, 2007.—213 с.)
23. Ф. Чен, Введение в физику плазмы, ( М.: Мир, 1987.—398 с.)
24. Г. П. Чернов, В. В. Фомичев, Р. А. Сыч, "Новые результаты исследований зебраструктуры в солнечном радиоизлучении", 11—я ежегодная конференция «Физика плазмы в солнечной системе» (15—19 февраля 2016 г.), ( М.: ИКИ РАН, 2016), С. 24.
25. А. Н. Шабалин, Ю. Е. Чариков, "Генерация жесткого рентгеновского излучения ускоренными электронами в турбулентной плазме солнечных вспышек", 11—я ежегодная конференция «Физика плазмы в солнечной системе» (15—19 февраля 2016 г.), ( М.: ИКИ РАН, 2016), С. 25.
26. T. Anan, R. Casini, K. Ichimoto, "Diagnosis of magnetic and electric fields of chromospheric jets through spectropolarimetric observations of H I Paschen lines". Astrophys. J, 2014. 786 (2) (2014).
27. M. J. Aschwanden, "An evaluation of coronal heating models for active regions based on Yohkoh, SOHO and TRACE observations". Astrophys. J, 2001. 560, 1035 —1043 (2001).
28. M. J. Aschwanden, "Physics of the solar corona. An introduction with problems and solutions", (2nd edition), Chichester: Praxis Publishing Ltd.; New York, Berlin: Springer, 2005.—892 p.,
29. M. L. Bendict, A. Shanmugaraju, B. Vrsnak, "Investigation of X-class flare associated coronal mass ejection with and without DH type II radio bursts". Solar Phys, 2015. 290 (11), 365—377 (2015).
30. S. G. Benka, "DC-electric fields in solar flares; theory meets observation". Proc. Kofu Symposium «New look at the Sun with emphasis on advanced observations of corona dynamics and flares», Kofu, September 6—10, 1993 / Eds S. Enome, T. Hirayama. , P. 225—229(Nobeyama Radio Observatory, 1994)
31. R. Casini, E. Landi Degl'Innocenti, "The polarized spectrum of hydrogen in the presence of electric and magnetic fields". Astron. and Astrophys, 1993. 276 (1) (1993).
32. J. M. Fontenla, E. H. Avrett, R. Loeser, "Energy balance in the solar transition region. III. Helium emission in hydrostatic, constant-abundance models with diffusion". Astrophys. J, 1993. 406, 319—345 (1993).
33. P. Foukal, S. Hinata, "Electric fields in the solar atmosphere: a rewiew". Solar Phys, 1991. 132 (2), 307—334 (1991).
34. A. A. Galeev, D. Lominadze, A. Pataria, et al., "Anomalous resistance of plasma due to the instability of the cyclotron harmonics". JETP, 1972. P. 417—420. (1972).
35. L. K. Harra, S. A. Matthews, J. L. Culhane, "Nonthermal velocity evolution in the precursor phase of a solar flare". Astrophys. J, 2001. 549 (2), L 245— L 248 (2001).
36. A. Hasegava, L. Chen, "Parametric decay of «kinetic Alfven wave» and its application to plasma heating". Phys. Rew. Lett, 1976. 36, 1362—1365 (1976).
37. H. S. Hudson, The Physics of Chromospheric Plasmas, (Eds P. Heinzel, I. Dorotovich, R. Rutten. ASP Conf. Ser.: Coimbra Solar Physics Meeting, 2007.—368.—P. 365.)
38. L. K. Kashapova, N. S. Meshalkina, M. S. Kisil, "Detection of acceleration processes during the initial phase of the 12 June 2010 flare". Solar Phys, 2012. 280 (2), 525—535 (2012).
39. A. N. Kryshtal, "Low-frequency wave instabilities in a plasma with a quasi-static electric field and weak spatial inhomogeneity". J. Plasma Phys, 2002. 68 (part 2), 137—148 (2002).
40. A. N. Kryshtal, "Low-frequency wave instabilities in magnetoactive plasma with spatial inhomogeneity of temperature". J. Plasma Phys, 2005. 71 (part 6), 729—745 (2005).
42. A. N. Kryshtal, S. V. Gerasimenko, "Kinetic Alfven waves in preflare plasma". Astron. Nachr, 2005. 326 (1) (2005).
41. A. N. Kryshtal, V. Fedun, S. V. Gerasimenko, A. D. Voitsekhovska, "«Oblique» Bernstein mode generation near the upper-hybrid frequency in solar pre-flare plasma". Solar Phys, 2015. 290 (11), 3331—3341 (2015).
43. A. N. Kryshtal, S. V. Gerasimenko, A. D. Voitsekhovska, "«Oblique» Bernstein modes in solar preflare plasma: Generation of second harmonics". Adv. Space Res, 2012. 49, 791—796 (2012).
44. A. Kryshtal, S. Gerasimenko, A. Voitsekhovska, "Small-scale Langmuir wave instability in preflare chromospheres of solar active region". Astrophys. and Space Sci, 2014. 349 (2) (2014).
45. A. Kryshtal, S. Gerasimenko, A. Voitsekhovska, V. Fedun, "The ion-acoustic instability in the pre-flare plasma near the loop footpoints at solar active regions". Ann. Geophys, 2013. 31 (12), 2193—2200 (2013).
46. M. E. Machado, E. H. Avrett, J. E. Vernazza, R. W. Noyes, "Semiempirical models of chromospheric flare regions". Astrophys. J, 1980. 242 (1), 336—351 (1980).
47. I. A. Miller, P. I. Cargil, A. G. Emslie, et al., "Critical issues for understanding particle acceleration in impulsive solar flares". J. Geophys. Res, 1997. 102 (A7), 14631—14659 (1997).
48. E. I. Schmahl, D. K. Webb, B. Woodgate, et al., "Coronal manifestations of preflare activity", Energetic Phenomena on the Sun (Impulsive Phase Transport) , Eds M. Kundu, B. Woodgate Washington, DC, 1986, NASA CP—2439, P. L 48—L78.
49. S. K. Solanki, "Small-scale solar magnetic fields: an overview". Space Sci. Revs, 1993. 63, 1—183 (1993).
50. J. E. Vernazza, E. H. Avrett, R. Loeser, "Structure of the solar chromosphere. III. Models of the EUV brightness components of the quiet-sun". Astrophys. J. Suppl. Ser, 1981. 45 (1), 635—725 (1981).
51. A. J. Willes, P. A. Robinson, "Electron-cyclotron maser theory for noninteger radio emission frequencies in solar microwave spike bursts". Astrophys. J, 1996. 467 (1) (1996).
52. V. V. Zharkova, L. K. Kashapova, S. N. Chornogor, O. V. Andrienko, "The effect of energetic particle beams on the chromospheric emission of the 2004 July 25 flare". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc, 2011. 411 (3), 1562—1574 (2011).