Источники солнечных протонов в событиях 24–25 февраля и 16–17 июля 2023 года

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

C начала января 2021 г. по конец августа 2023 г. монитор радиационной обстановки космического аппарата Спектр-­РГ зарегистрировал три возрастания темпа счета, которые превышают вариации фона в ходе цикла солнечной активности и имеют сопоставимую максимальную величину. Эти возрастания связаны с солнечными протонными событиями от вспышек Х1.0 28 октября 2021 г., M6.3 25 февраля и M5.7 17 июля 2023 г. На примере этих событий, а также меньших солнечных протонных событий от вспышек M3.7 24 февраля и M4.0 16 июля 2023 г. обсуждаются пороговые критерии «протонных» вспышек. В мощных солнечных протонных событиях вклад от солнечных протонов в радиационную дозу может превысить суммарный вклад от галактического космического излучения за достаточно длительный период, поэтому такие солнечные протонные события являются источниками повышенной радиационной опасности и нуждаются в прогнозировании по наблюдениям в реальном времени. Показано, что в этих пяти вспышках были преодолены пороги по трем критериям: температуре плазмы >12 MK (источник мягких рентгеновских лучей), длительности (>5 мин) микроволнового или жесткого рентгеновского излучения (ускорения электронов >100 кэВ), высоте развития вспышечного процесса >60 Мм (радиоизлучение на плазменных частотах <610 МГц).

Приход первых солнечных протонов >100 МэВ на орбиту Земли был ожидаем не ранее 10 мин относительно начала жесткого рентгеновского или микроволнового излучения, т. е. мог быть предсказан заблаговременно. Для исследования взаимосвязи солнечных вспышек и протонных событий использовались данные антисовпадательной защиты спектрометра на ИНТЕГРАЛе (ACS SPI), которая представляет собой эффективный, но не калиброванный детектор жесткого рентгеновского излучения >100 кэВ и протонов >100 МэВ, а также патрульные наблюдения радиоизлучения на фиксированных частотах (Radio Solar Telescope Network). Отмечается, что вспышка Х2.2 (N25E64) 17 февраля 2023 г. удовлетворяла всем трем критериям «протонности» и могла стать источником мощного солнечного протонного события вблизи Земли при условии благоприятного расположения на Солнце. Во вспышке M8.6 (N27W29) 28 февраля 2023 г. не был выполнен третий критерий, и она ожидаемо не привела к солнечному протонному событию (развивалась в плазме с плотностью >2.5·1010см−3, плазменная частота >1415 МГц).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Б. Струминский

Институт космических исследований РАН

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

А. М. Садовский

Институт космических исследований РАН

Email: astruminsky@gmail.com
Россия, Москва

И. Ю. Григорьева

Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН

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

Список литературы

  1. Papaioannou A., Kouloumvakos A., Mishev A. et al. The first ground-­level enhancement of solar cycle 25 on 28 October 2021 // Astronomy and Astrophysics. 2022. V. 660. Art. ID. L5. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202142855
  2. Mishev A. L., Kocharov L. G., Koldobskiy S. A. et al. High resolution spectral and anisotropy characteristics of solar protons during the GLE № 73 on 28 October 2021 derived with neutron monitor analyses // Solar Physics. 2022. V. 298. Iss. 7. https://doi.org/10.1007/s11207-022-02026-0
  3. Klein K.-L., Musset S., Vilmer N. et al. The relativistic solar particle event on 28 October 2021: Evidence of particle acceleration within and escape from the solar corona // Astronomy and Astrophysics. 2022. V. 663. Art. ID. A173. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202243903
  4. Bazilevskaya G. A., Cliver E. W., Kovaltsov G. A. et al. Solar Cycle in the Heliosphere and Cosmic Rays // Space Sci. Rev. 2014. V. 186. P. 409–435. doi: 10.1007/s11214-014-0084-0
  5. Струминский А. Б., Григорьева И. Ю., Логачев Ю. И., Садовский А. М. Солнечные релятивистские электроны и протоны 28 октября 2021 года (GLE73) // Изв. РАН. Сер. Физ. 2023. Т. 87. № 7. С. 1028–1032. https://doi.org/10.31857/S0367676523701818
  6. Григорьева И. Ю., Струминский А. Б., Логачев Ю. И., Садовский А. М. Корональное распространение солнечных протонов во время и после их стохастического ускорения // Косм. исслед. 2023. Т. 61. № 3. С. 230– 241. https://doi.org/10.31857/S0023420622600246, EDN: BVHXGS
  7. Klein K.-L., Trottet G., Klassen A. Energetic Particle Acceleration and Propagation in Strong CME-Less Flares // Solar Physics. 2010. V. 263. Art. ID. 185. https://doi.org/10.1007/s11207-010-9540-5
  8. 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
  9. Grigor’eva I. Yu., Struminsky A. B. Flares Unaccompanied by Interplanetary Coronal Mass Ejections and Solar Proton Events. Geomagnetism and Aeronomy. 2021. V. 61. Art. ID. 1263 https://doi.org/10.1134/S0016793221080090
  10. Струминский А. Б., Григорьева И. Ю., Логачев Ю. И. и др. 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
  11. 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. Iss. A7. P. 14631– 14660. https://doi.org/10.1029/97JA00976
  12. Altyntsev A. T., Meshalkina N. S., Lysenko A. L. et al. Rapid Variability in the SOL 2011-08-04 Flare: Implications for Electron Acceleration // Astrophys. J. 2019. V. 883. Art.ID. 38. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab380
  13. 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
  14. Струминский А. Б., Садовский А. М., Григорьева И. Ю. Предсказание протонных событий по солнечным наблюдениям в реальном времени // Геомагнетизм и Аэрономия. 2023. (Принято в печать).
  15. Müller-­Mellin R., Kunow H., Fleißner V. et al. COSTEP – Comprehensive suprathermal and energetic particle analyse // Solar Physics. 1995. V. 162. Art.ID. 483.
  16. Aschwanden M. J. The localization of particle acceleration sites in solar flares and CMEs // Space Sci. Rev. 2006. V. 124. P. 361–372.
  17. Струминский А. Б., Садовский А. М., Григорьева И. Ю. Расширение источника мягкого рентгеновского излучения и «магнитная детонация» в солнечных вспышках // Письма в АЖ. 2023. (Принято в печать).
  18. Núñez M., Paul-­Pena D. Predicting >10 MeV SEP Events from Solar Flare and Radio Burst Data // Universe. 2020. V. 6. Art.ID. 161. https://doi.org/10.3390/universe6100161
  19. Zheleznykov V. V., Zaitsev V. V. The Origin of Type-­V Solar Radio Bursts // Soviet Astronomy. 1968. V. 12. Art.ID. 14.
  20. Gopalswamy N., Yashiro G., Michalek, G. et al. The SOHO/LASCO CME Catalog // Earth, Moon and Planets. 2009. V. 104. P. 295–313. https://doi.org/10.1007/s11038-008-9282-7
  21. Chertok I. M. On some features of the solar proton event on 2021 October 28 – GLE73 // MNRAS. 2022. V. 517. Iss. 2. P. 2709–2713. https://doi.org/10.1093/mnras/stac2843
  22. Ишков В. Н. Прогноз солнечных вспышечных явлений: солнечные протонные события // Изв. РАН Сер. Физ. 2023. Т. 87. № 7. С. 1010–1013. https://doi.org/10.31857/S0367676523701788
  23. Swalwell B., Dalla S., Walsch R. W. Solar Energetic Particle Forcating Algorthms and Associated False Alarms // Solar Physics. 2017. V. 292. Art.ID. 173. https://doi.org/10.10007/s11207-017-1196-y
  24. Garcia H. A. Forecasting methods for occurrence and magnitude of proton storms with solar soft X rays // Space Weather. 2004. V. 2. Art.ID. S02002. https://doi.org/10.1029/2003SW000001
  25. Belov A., Kurt V., Mavromichalaki H. et al. Peak-size distributions of proton fluxes and associated soft X-ray flares // Solar Physics. 2007. V. 246. Iss. 2. P. 457–470.
  26. Белов А. В. Вспышки, выбросы, протонные события // Геомагнетизм и Аэрономия. 2017. Т. 57. № 6. С. 783–793. https://doi.org/10.7868/S0016794017060025
  27. Alberti L. M., Cliver E. W., Storini M. et al. Solar Activity from 2006 to 2014 and Short-term Forecasts of Solar Proton Events Using the ESPERTA Model // Astrophys. J. 2017. V. 838. Art.ID. 59. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa5cb8
  28. 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. Art.ID. A27. https://doi.org/10.1051/swsc/2017025
  29. Núñez M. Predicting solar energetic proton events (E > 10 MeV) // Space Weather. 2011. V. 9. Art.ID. S07003. https://doi.org/10.1029/2010SW000640
  30. 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
  31. Núñez M. Predicting well-connected SEP events from observations of solarsoft X-rays and near-relativistic electrons // J. Space Weather Space Clim. 2018. V. 8. Art.ID. A3.
  32. Ling A. G., Kahler S. W. Peak Temperatures of Large X-Ray Flares and Associated CME Speeds and Widths // Astrophys. J. 2020. V. 891. Art.ID. 54. https://doi.org/103847/1538-4357/ab6f6c
  33. 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. doi: 10.1086/176457.
  34. Kahler S. W. Solar energetic particle events and the Kiplinger Effect // Astrophys. J. 2012. V. 747. Art.ID. 66. https://doi.org/10.1088/0004-637X/747/1/66
  35. Черток И. М. Диагностический анализ солнечных протонных вспышек сентября 2017 г. по их радиовсплескам // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58. № 4. С. 471–478. doi: 10.1134/S001679401804003X. Chertok I. M. Diagnostic analysis of the solar proton flares of September, 2017 // Geomagnetism and Aeronomy. 2018. V. 58. P. 457–463.
  36. Hudson H. S., Simões P. J.A., Fletcher L. et al. Hot X-ray onsets of solar flares // MNRAS. 2021. V. 501. Art.ID. 1273. https://doi.org/10.1093/mnras/staa3664, arXiv: arXiv:2007.05310 Bibcode: 2021.501.1273H
  37. Цап Ю. Т., Мельников В. Ф. Температура столкновительной плазмы и бетатронное ускорение квазитепловых электронов в солнечных вспышках // Письма в АЖ. 2023. Т. 49. № 4. С. 289–298. https://doi.org/10.31857/S0320010823040058
  38. Григорьева И. Ю., Струминский А. Б. Формирование источника солнечных космических лучей в эруптивных вспышках X6.9 9 августа 2011 г. M5.1 и 17 мая 2012 г. // Астрономический журнал. 2022. Т. 99. № 6. С. 486–495. https://doi.org/10.31857/S0004629922060044

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Радиационная обстановка в точке L2 по данным СРГ/ART-XC: (а) с начала января 2021 г. по конец августа 2023 г.; (б) с 24 по 28 февраля 2023 г.; (в) с 15 по 20 июля 2023 г.

Скачать (603KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Полный темп счета ACS SPI за 50 мс, сглаженный за 1 мин, вблизи ноля времени событий: (1) – 28 октября 2021 г., (3) – 24 февраля 2023 г., (4) – 25 февраля 2023 г., (6а) – 16 июля 2023 г., (7) – 17 июля 2023 г. (табл. 1).

Скачать (220KB)
Метаданные
4. Рис. 3. (а) Вклад солнечных HXR и протонов в темп счета ACS SPI во время солнечных вспышек и протонных событий: (1) X1.1–28 октября 2021 г., (2) X2.2–17 февраля 2023 г., (4) M6.3–25 февраля 2023 г., (7) M5.7–17–18 июля 2023 г. (б) Вклад солнечных HXR и протонов в темп счета ACS SPI во время солнечных вспышек и протонных событий: (2) X2.2–17 февраля 2023 г., (3) M3.7–24 февраля 2023 г., (5) M8.6–28 февраля 2023 г., (6а) С1.3 и (6б) M4.0–16 июля 2023 г.

Скачать (602KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Потоки протонов и электронов, зарегистрированные SOHO/EPHIN15–28 февраля 2023 г.

Скачать (365KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Вспышка 4 (M6.3) 25 февраля 2023 г.: (а) температура вспышечной плазмы и радиоизлучение 8.8–2695 МГц, (б) температура вспышечной плазмы и радиоизлучение 1415–245 МГц.

Скачать (600KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Вспышка 5 (М8.6) 28 февраля 2023 г.: (а) температура вспышечной плазмы и поток радиоизлучения 15.4– 2695 МГц, (б) температура вспышечной плазмы и поток радиоизлучения 1415–245 МГц.

Скачать (653KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».