Низкочастотные кинетические волны в плазме магнитных петель на ранней стадии вспышечного процесса в активной области
Рубрика:
| 1Кришталь, АН, 1Войцеховская, АД, 1Герасименко, СВ 1Институт космических исследований Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины, Киев, Украина |
| Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2019, 35(3):3-33 |
| https://doi.org/10.15407/kfnt2019.03.003 |
| Start Page: Физика Солнца |
| Язык: русский |
Аннотация: Исследован процесс возникновения и развития низкочастотной неустойчивости кинетических альвеновских (КАВ) и кинетических ионно-звуковых волн (КИЗВ) в предвспышечной солнечной плазме вблизи оснований магнитных петель, т.е. в области, соответствующей по высоте нижне-средней хромосфере. В этой области, согласно данным наблюдений, полученным в рамках международных миссий «Hinode», SDO и IRIS, амплитуда магнитного поля может изменяться в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен гаусс. Наличие в этой области крупномасштабного слабого электрического поля («субдрейсеровского», согласно установившейся терминологии) в течение достаточно длительного (по сравнению со временем развития неустойчивости) периода времени можно считать в рамках используемой концепции исследований главным источником генерации волн. Еще одним важным источником неустойчивостей можно считать медленные дрейфовые движения плазмы, вызванные пространственной неоднородностью температуры и плотности среды. Проведенная ранее идентификация полученных решений дисперсионного уравнения для низкочастотных кинетических волн, генерируемых вследствие развития соответствующих неустойчивостей, позволила установить важный факт: для некоторых полуэмпирических моделей солнечной атмосферы волны, генерируемые на линейной стадии развития неустойчивости, принадлежат к семейству кинетических альвеновских и кинетических ионнозвуковых волн. Было показано, что генерация этих волн может иметь место как в плазме с чисто кулоновской проводимостью, так и в плазме с насыщенной мелкомасштабной бернштейновской турбулентностью. Ранее было показано, что последняя может появиться в исследуемой области как результат эволюции неустойчивости первой гармоники квазибернштейновских мод, имеющей гораздо более низкий порог возбуждения по амплитуде субдрейсеровского поля, чем низкочастотные кинетические. Кроме экстремально низкого порога возбуждения, еще одним важным качеством исследуемых волн является невысокая степень неизотермичности плазмы, необходимая для появления неустойчивости. Доказана также принципиальная возможность возбуждения кинетических волн малой амплитуды в исследованной области. Этот факт чрезвычайно важен для повышения вероятности реализации процесса трехволнового взаимодействия и появления всплесков микроволнового излучения в предвспышечном состоянии активной области, а следовательно, и построения комбинированного краткосрочного прогноза вспышки в ней. |
| Ключевые слова: вспышки, магнитное поле, плазменные неустойчивости, солнечная активность, Солнце |
References:
1. Aleksandrov A. F., Bogdankevich L. S., Rukhadze A. A. (1989). Osnovy elektrodinamiki plazmy. M.: Vysshaya shkola, 424.
2. Galeev A., Lominadze D., Pataraya A., Sagdeev R., Stepanov K. (1972). Anomal'noye soprotivleniye plazmy vsledstviye neustoychivosti na tsiklotronnykh garmonikakh. Zhurn. eksper. i teoret. fiz. 417. 112—114.
3. Galeev A. A., Sagdeev R. Z. (1973). Nelineynaya teoriya plazmy. Voprosy teorii plazmy. M.: Gosatomizdat, 7. 3—145.
4. Zagorodniy A. G., Cheremnykh O. K. (2014). Vvedeniye v fiziku plazmy. Kiyev: Naukova dumka, 696.
5. Kadomtsev B. B., Pogutse O. P. (1967). Turbulentnyye protsessy v toroidal'nykh sistemakh. Voprosy teorii plazmy. M.: Gosatomizdat, 5. 209—350.
6. Krishtal A. N., Voytsekhovskaya A. D., Gerasimenko S. V., Cheremnykh O. K. (2017). Vliyaniye melkomasshtabnoy bernshteynovskoy turbulentnosti na nizkochastotnyye plazmennyye volny v predvspyshechnoy atmosfere Solntsa. Kinematika i fizika nebes. tel. 33(4). 3—28.
7. Krishtal A. N., Gerasimenko S. V., Voytsekhovskaya A. D. (2010). O prirode vspleskov mikrovolnovogo izlucheniya v petel'nykh strukturakh aktivnoy oblasti. Kosmicheskaya nauka i tekhnologiya. 16(5). 29—37.
8. Kroll N., Trayvelpis A. (1975). Osnovy fiziki plazmy. M.: Mir, 526.
9. Mikhaylovskiy A. B. (1974). Teoriya plazmennykh neustoychivostey. Neustoychivosti neodnorodnoy plazmy. M.: Atomizdat, 360.
10. Osnovy fiziki plazmy. (1984). Pod red. A. A. Galeyeva i R. Sudana, v 2-kh tomakh, tom 2. M.: Energoatomizdat, 632.
11. Somov B. V., Titov V. S., Vernetta A. I. (1987). Magnitnoye peresoyedineniye v solnechnykh vspyshkakh. Itogi nauki i tekhniki. Astronomiya. 34. 136—237.
12. Chen F. (1987). Vvedeniye v fiziku plazmy. M.: Mir, 398.
13. Aschwanden M. I. (2001). An evaluation of coronal heating models for active regions based on Yohkoh, SOHO and TRACE observations. Astrophys. J. 560. 1035—1043.
14. Aschwanden M. (2005). Physics of the Solar Corona ISBN 3-540-30765-6. Praxis Publishing Ltd., Chichester, UK; Springer, New York, Berlin. 892.
15. Aurass H. (1993). Radio type IV burst fine structures and the dynamics of flare process. Proc. of the 144-th IAU Colloq. “Solar Coronal Structures”. Bratislava, Slovakia, 20—24 September. Eds V. Rusin, P. Heinzel, I.-C. Vial. VEDA Publishing Company, Bratislava. 251—256.
16. Battaglia M., Fletcher L., Simхes Paulo J. A. (2014). Where is the chromospheric response to conductive energy input from a hot pre-flare coronal loop? Astrophys. J. 789. 789—799.
17. Benka S. G. (1994). DC-electric fields in solar flares; theory meets observation. Proc. Kofu Symp. “New look at the Sun with emphasis on advanced observations of corona dynamics and flares”, Kofu, September 6—10, 1993/ Ed. S. Enome, T. Hirayama. — Nobeyama Radio Observatory. 360. 225—229.
18. Bogod V. M., Yasnov L. V. (2009). Polarization of microwave radio emission of flare-producing solar active regions. Solar Phys. 255. 253—271.
19. Brodin G., Stenflo L., Shukla P. K. (2006). Nonlinear interactions between kinetic and ion-sound waves. Solar Phys. 236. 285—291.
20. Cheremnykh O. K., Fedun V., Kryshtal A. N., Verth G. (2017). Incompressible magnetohydrodynamic modes in the thin magnetically twisted flux tube. Astron. and Astrophys. 64. 62—71.
21. Cheremnykh O. K., Fedun V., Ladikov-Roev Yu., Verth G. (2018). On the stability of incompressible MHD modes in twisted magnetic cylinders with field-aligned flow. Astrophys. J. М. 866. 86—98.
22. Druett M., Scullion E., Zharkova V. V., Matthews S., Zharkov S., Luc Rouppe Van der Coort. (2017). Beam electrons as a source of Hα flare ribbons. Nature Commun. 8. 16905.
23. Fárník, F., Savy S. K. (1998). Soft X-Ray Pre-Flare Emission Studied in Yohkoh-SXT Images. Solar Phys. 183. 339—357.
24. Fontenla J. M., Avrett E. H., Loeser R. (1993). Energy balance in the solar transition region. III. Helium emission in hydrostatic, constant-abundance models with diffusion. Astrophys. J. 406. 319—345.
25. Foukal P., Hinata S. (1991). Electric fields in the solar atmosphere: a review. Solar Phys. 132(2). 307—334.
26. Griem H. R. (1974). Spectral line broadening by plasmas. New York, Academic Press, Inc. (Pure and Applied Phys. Vol. 39), 421 p.
27. Harra L. K., Matthews S. A., Culhane J. L. (2001). Nonthermal velocity evolution in the precursor phase of a solar flare. Astrophys. J. 549(2). L245—L248.
28. Hasegava A., Chen L. (1976). Parametric decay of “kinetic Alfven wave” and its application to plasma heating. Phys. Rev. Lett. 36. 1362—1365.
29. Hasegava A., Chen L. (1976). Kinetic processes in plasma heating by resonant mode conversion of Alfven wave. Phys. Fluids. 19(12). 1924—1934.
30. Heyvaerts J., Priest E. R., Rust D. M. (1977). Models of solar flares. Astrophys. J. 216. 213—221.
31. Hudson H. S. (2007). The physics of chromospheric plasmas / Eds P. Heinzel, I. Dorotovich, R. Rutten. ASP Conf. Ser.: Coimbra Solar Physics Meeting, 368. 365.
32. Ionson J. (1978). Resonant absorption of alfvenic surface waves and the heating of solar coronal loops. Astrophys. J. 236(2). 650—673.
33. Kadomtsev B. B. (1965). Plasma turbulence. New York: Academic Press.
34. Kashapova L. K., Meshalkina N. S., Kisil M. S. (2012). Detection of acceleration processes during the initial phase of the 12 June 2010 flare. Solar Phys. 280. 525— 535.
35. Kryshtal A. N. (2002). Low-frequency wave instabilities in a plasma with a quasistatic electric field and weak spatial inhomogeneity. J. Plasma Phys. 68. 137—148.
36. Kryshtal A. N., Fedun V., Gerasimenko S. V., Voitsekhovska A. D. (2015). «Oblique» Bernstein mode generation near the upper-hybrid frequency in solar pre-flare plasma. Solar Phys. 290(11). 3331—3341.
37. Kryshtal A. N., Gerasimenko S. V. (2004). Slow magnetoacoustic-like waves in post-flare loop. Astron. and Astrophys. 420. 1107—1115.
38. Kryshtal A. N., Gerasimenko S. V., Voitsekhovska A. D. (2012). «Oblique» Bernstein modes in solar preflare plasma: Generation of second harmonics. Adv. Space Res. 49. 791—796.
39. Kryshtal A., Gerasimenko S., Voitsekhovska A., Fedun V. (2013). The ion-acoustic instability in the pre-flare plasma near the loop footpoints at solar active regions. Ann. Geophys. 31(12). 2193—2200.
40. Kryshtal A., Gerasimenko S., Voitsekhovska A. (2014). Small-scale Langmuir wave instability in preflare chromospheres of solar active region. Astrophys. Space Sci. 349(2). Р. 637—646.
41. Kryshtal A., Gerasimenko S., Voitsekhovska A., Cheremnykh O. K. (2014). One type of three- wave interaction of low-frequency waves in magnetoactive plasma of the solar atmosphere. Kinematics Phys. Celest. Bodies. 30. 147—154.
42. Kumar P., Nakariakov V. N., Kyung-Suk Cho. (2016). Observations of a quasi-periodic pulsation in hard X-ray, radio and extreme-ultraviolet wavelengths. Astrophys. J. 822(3). Р. 7—21.
43. Levens P. J., Schmieder B., Labrosse N., Lopez Ariste A. (2016). Structure of prominence legs: plasma and magnetic field. Astrophys. J. 818(1). Р. 31—43.
44. Machado M. E., Avrett E. H., Vernazza J. E., Noyes R. W. (1980). Semiempirical models of chro¬mospheric flare regions. Astrophys. J. 242(1). 336—351.
45. Miller I. A., Cargil P. I., Emslie A. G., Holman G. D., Dennis B. R., La Rosa T. N., Wiglee R. M., Benka S. G., Tsuneta S. (1997). Critical issues for understanding particle acceleration in impulsive solar flares. J. Geophys. Res. 102, N A7. 14631— 14659.
46. Nakariakov V. M., Verwichte E. (2005). Coronal waves and oscillations. Living Rev. Solar Phys. 2. 65.
47. Núñez M., Fidalgo R., Baena M., Morales R. (2005). The influence of active region information on the prediction of solar flares: an empirical model using data mining. Ann. Geophys. 23. 3129—3138.
48. Reale F. (2010). Coronal loops: Observations and modeling of confined plasma. Living Rev. Solar Phys. 7. 78—83.
49. Reznikova V. E., Melnikov V. F., Shibasaki K., Gorbikov S. P., Pyatakov N. P., Myagkova I. N., Ji H. (2009). 2002 August 24 limb flare loop: Dynamics of microwave brightness distribution. Astrophys. J. 697. 735—746.
50. Schmahl E. I., Webb D. K., Woodgate B., et al. (1986). Coronal manifestations of preflare activity. Energetic phenomena on the Sun (“Impulsive Phase Transport”) / Eds M. Kundu and B. Woodgate. Washington, DC,NASA CP-2439. L48—L78.
51. Sirenko O., Voitenko Yu., Goossens M., Yukhimuk A. (2000). Nonlinear coupling of O- and X-mode radio emission and Alfven waves in the solar corona. Waves in dusty, solar, and space plasmas. AIP Conf. Proc. 537. 287—294.
52. Solanki S. K. (1993). Small-scale solar magnetic fields: an overview. Space Sci. Revs. 63. 1—183.
53. Vernazza J. E., Avrett E. H., Loeser R. (1981). Structure of the solar chromosphere. III — Models of the EUV brightness components of the quiet Sun. Astrophys. J. Suppl. Ser. 45(1). 635—725.
54. Willes A. J., Robinson P. A. (1996). Electron-cyclotron maser theory for noninteger radio emission frequencies in solar microwave spike bursts. Astrophys. J. 467(1). Р. 465—472.
55. Yukhimuk A., Fedun V., Sirenko O., Voitenko Yu. (2000). Excitation of fast and slow magnetosonic waves by kinetic Alfven waves. AIP Conf. Proc. 220. 537. (Proc. Conf.: Waves in Dusty, Solar and Space Plasmas. Leuven, Belgium, 26 May, 2000).
56. Yukhimuk V., Voitenko Yu., Fedun V., Yukhimuk A. (1998). Generation of kinetic Alfven waves by upper-hybrid pump waves. J. Plasma Phys. 60, part 3. 485—495.
57. Zharkova V. V., Kashapova L. K., Chornogor S. N., Andrienko O. V. (2011). The effect of energetic particle beams on the chromospheric emission of the 2004 July 25 flare. Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 411(3). 1562—1574.