Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk State University
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Irkutsk region, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk State University
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Regular observations of active processes in the solar atmosphere have been started using the first stage of the multiwave Siberian Radioheliograph (SRH), a T-shaped 48-antenna array with a 4–8 GHz operating frequency range and a 10 MHz instantaneous receiving band. Antennas are set on the central antenna posts of the Siberian Solar Radio Telescope. The maximum baseline is 107.4 m, and the angular resolution is up to 70ʹʹ. We present examples of observations of the solar disk at different frequencies, “negative” bursts, and solar flares. The sensitivity to compact sources reaches 0.01 solar flux units (≈10^{-4} of the total solar flux) with an accumulation time of 0.3 s. The high sensitivity of the SRH enables monitoring of solar activity and allows one to study active processes from characteristics of their microwave emission, including faint events, which could not be detected previously.
Sun, radio emission, solar flares, radio telescopes, negative bursts
ВВЕДЕНИЕ
В Институте солнечно-земной физики СО РАН создан крупнейший комплекс инструментов для наземных наблюдений различных явлений космической погоды и их источников — от событий в атмосфере Солнца до возмущений ионосферной плазмы. Видное место как в этом комплексе, так и в международной кооперации занимает инструментарий для мониторинга и диагностики солнечных активных процессов радиоастрономическими методами. Наряду с задачами фундаментальной физики Солнца радионаблюдения важны для решения прикладных задач, особенно в России, где до настоящего времени не налажен систематический мониторинг солнечной активности с помощью внеатмосферных космических технологий.
Радиотелескопы расположены в Радиоастрофизической обсерватории (РАО) (урочище Бадары, Бурятская республика). Наблюдения Солнца проводятся в течение светового дня с 00 до 10 UT летом и с 02 до 08 UT зимой. Благодаря удаленности обсерватории от населенных пунктов уровень радиопомех низок. В обсерватории создается многоволновый Сибирский радиогелиограф (СРГ, рис. 1) и работает ряд спектрополяриметров интегрального излучения Солнца, перекрывающих диапазон принимаемых частот от 50 МГц до 24 ГГц. В диапазоне рабочих частот 4–8 ГГц первой очереди СРГ доступны данные наблюдений Бадарского широкополосного микроволнового спектрополяриметра (BBMS) [Zhdanov, Zandanov, 2015].
Рис. 1. Центральная часть антенной решетки СРГ и северный луч ССРТ
Данные наблюдений на радиотелескопах РАО используются российскими и зарубежными учеными в исследованиях фундаментальных проблем физики Солнца, в том числе в рамках международных программ. Перспективами использования данных наблюдений для решения прикладных задач обусловлен значительный вклад Института прикладной геофизики Росгидромета в развитие комплекса радиотелескопов. Данные радиомониторинга солнечной активности, в том числе в реальном времени, доступны на сайте обсерватории [http://badary.iszf. irk.ru].
Радиоастрономические наблюдения предоставляют уникальную информацию о процессах нагрева плазмы и ускорения частиц в атмосфере Солнца. Интегральный поток излучения Солнца на частоте 2.8 ГГц (так называемый индекс 10.7 см) является наиболее объективной оценкой текущего уровня солнечной активности и ее изменчивости на протяжении нескольких солнечных циклов. Индекс 10.7 см используется в качестве входного параметра в различных моделях околоземной среды — магнитосферы и ионосферы.
Достоинством мониторинга солнечной активности в радиодиапазоне является его всепогодность, так как атмосферные условия слабо влияют на принимаемый сигнал. Относительно невысока стоимость радиотелескопов по сравнению с внеатмосферными технологиями и инструментами оптического диапазона. Прозрачность солнечной плазмы для радиоизлучения увеличивается с ростом его частоты. Окно прозрачности земной атмосферы для радиоволн обеспечивает прием наземными обсерваториями солнечного радиоизлучения от десятков МГц до сотен ГГц и получение информации из областей излучения от хромосферы до верхней короны. Обширен и диапазон изучаемых временных масштабов — от импульсов миллисекундной длительности, генерируемых в аномально ярких компактных источниках когерентными механизмами, до многолетних циклов солнечной активности.
Информация о некоторых параметрах плазмы в короне Солнца может быть получена только из радионаблюдений. Геоэффективный потенциал выбросов (эрупций) солнечной замагниченной плазмы, вызывающих спорадические возмущения околоземной среды, определяется корональными магнитными полями, а темп и интенсивность эруптивных процессов — динамикой высвобождения магнитной энергии и ее конверсии в энергию частиц плазмы и излучение. Поэтому одна из важнейших задач мониторинга — отслеживание эволюции магнитных структур в короне Солнца. Возможности соответствующих наблюдений в оптическом диапазоне ограничены, поскольку яркость магнитоактивных линий в излучении короны не достаточна для их выделения на фоне излучения фотосферы. В то же время спектр и поляризация микроволнового излучения существенно зависят от величины и направления вектора магнитного поля в источнике. Магнитография короны становится возможной с созданием нового поколения радиогелиографов, позволяющих получать последовательности изображений диска Солнца на различных частотах (см., например, [Lang et al., 1993; Wang et al., 2015]). Важной особенностью радиомониторинга является высокая чувствительность к излучению нетепловых электронов. Обнаружимое радионаблюдениями нетепловое излучение может генерироваться в областях короны со столь низкой концентрацией фоновой плазмы, что их жесткое рентгеновское излучение не регистрируется рентгеновскими телескопами.
1. Alissandrakis C.E., Kochanov A.A., Patsourakos S., Altyntsev A.T., Lesovoi S.V., Lesovaya N.N. Microwave and EUV Observations of an Erupting Filament and Associated Flare and Coronal Mass Ejections. Publications of the Astronomical Society of Japan. 2013, vol. 65, no. SP1, article id. S8, 10 p.
2. Altyntsev A.T., Kashapova L.K. Vvedenie v radioastronomiyu Solntsa [Introduction to Solar Radio Astronomy]. Irkutsk, IGU Publ., 2014. 203 p. (In Russian).
3. Altyntsev A., Meshalkina N., Meszarosova, H., Karlicky M., Palshin V., Lesovoi S. Sources of quasi-periodic pulses in the flare of 18 August 2012. Solar Phys. 2016, vol. 291, iss. 2, pp. 445-463.
4. Bastian T.S., Gary D.E., White S.M., Hurford G.J. Toward a frequency-agile solar radiotele-scope. 18 NSO/Sacramento Peak Summer Workshop “Synoptic Solar Physics”. Sunspot, New Mexico 8-12 September 1997, p. 563 (ASP Conference Series. 1998, vol. 140).
5. Bogod V.M., 2011, RATAN-600 radio telescope in the 24th solar-activity cycle. I. New opportunities and tasks. Astrophys. Bull. 2011, vol. 66, iss. 2, pp. 190-204.
6. Borovik V.N. Quiet Sun from multifrequency radio observations on RATAN-600. Lecture Notes in Phys. 1994, vol. 432, pp. 185-190.
7. Fleishman G.D., Pal’shin V.D., Meshalkina N.S., Lysenko L., Kashapova L.K., Altyntsev A.T. A cold flare with delayed heating. Astrophys. J. 2016, vol. 822, iss. 2, article id. 71, 20 p.
8. Gary D.E., Nita G.M., Sane N. Expanded Owens Valley Solar Array (EOVSA) testbed and prototype. American Astronomical Society, AAS Meeting 220, id. 204.30 2012.
9. Grechnev V.V. A method to analyze imaging radio data on solar flares. Solar Phys. 2003, vol. 213, iss. 1, pp. 103-110.
10. Grechnev V.V., Lesovoi S.V., Smolkov G.Ya., Krissinel B.B., Zandanov V.G., Altyntsev A.T., Kardapolova N.N., Sergeev R.Y., Uralov A.M., Maksimov V.P., Lubyshev B.I. The Siberian Solar Radio Telescope: The current state of the instrument, observations, and data. Solar Phys. 2003, vol. 216, iss. 1, pp. 239-272.
11. Grechnev V.V., Kuz’menko I.V., Uralov A.M., Chertok M., Kochanov A.A. Microwave negative bursts as indications of reconnection between eruptive filaments and a large-scale coronal magnetic environment. Publications of the Astronomical Society of Japan. 2013, vol. 65, no. SP1, article id. S10, 9 p.
12. Grechnev V.V., Uralov A.M., Kuzmenko I.V., Kochanov A.A., Chertok I.M., Kalashnikov S.S. Responsibility of a filament eruption for the initiation of a flare, CME, and blast wave, and its possible transformation into a bow shock. Solar Phys. 2015, vol. 290, iss. 1, pp. 129-158.
13. Grechnev V.V., Uralov A.M., Kochanov A.A., Kuzmenko I.V., Prosovetsky D.V., Egorov Y.I., Fainshtein V.G., Kashapova L.K. A Tiny eruptive filament as a flux- rope progenitor and driver of a large-scale CME and wave. Solar Phys. 2016, vol. 291, iss. 4, pp. 1173-1208.
14. Grechnev V.V., Uralov A.M., Kiselev V.I., Kochanov A.A. The 26 December 2001 solar eruptive event responsible for GLE63. II. Multi-loop structure of microwave sources in a major long-duration flare. Solar Phys. 2017, vol. 292, iss. 1, article id. 3, 27 p.
15. Kaltman T.I., Kochanov A.A., Myshyakov I.I., Maksimov V.P., Prosovetsky D.V., Tokhchukova S.K. Observations and modeling of the spatial distribution and microwave radiation spectrum of the active region NOAA 11734. Geomagnetism and Aeronomy. 2015, vol. 55, iss. 8, pp. 1124-1130.
16. Kochanov A.A., Anfinogentov S.A., Proso-vetsky D.V., Rudenko G.V., Grechnev V.V. Imaging of the solar atmosphere by the Siberian Solar Radio Telescope at 5.7 GHz with an enhanced dynamic range. Publications of the Astronomical Society of Japan. 2013, vol. 65, no. SP1, article id. S19, 12 p.
17. Lang K.R., Willson R.F., Kile J.N., Lemen J., Strong K.T., Bogod V.M., Gelfreikh G.B., Ryabov B.I., Hafizov S.R., Abramov V.E., Tsvetkov S.V. Magnetospheres of solar active regions inferred from spectral-polarization observations with high spatial resolution. Astrophys. J. 1993, vol. 419, pp. 398-417.
18. Lemen J.R., Title A.M., Akin D.J., et al. The Atmospheric Imaging Assembly (AIA) on the Solar Dynamics Observatory (SDO). Solar Phys. 2012, vol. 275, iss. 1, pp. 17-40.
19. Lesovoi S.V., Altyntsev A.T., Ivanov E.F., Gubin A.V. A 96-antenna radioheliograph. Res. Astron. Astrophys. 2014, vol. 14, no. 7, pp. 864-868.
20. Lesovoi S.V., Kobets V.S. Correlation curves of the Siberian Radioheliograph. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terrestrial Phys.]. 2017, vol. 3, no. 1, pp. 17-21. (In Russian).
21. Meegan C., Lichti G., Bhat P.N., Bissaldi E., Briggs M.S., Connaughton V., Diehl R., Fishman G., Greiner J., Hoover A.S., van der Horst A.J., von Kienlin A., Kippen R.M., Kouveliotou C., McBreen S., Paciesas W.S., Preece R., Steinle H., Wallace M.S., Wilson R.B., Wilson-Hodgeet C. The Fermi Gamma-ray Burst Monitor. Astrophys. J. 2009, vol. 702, no. 1, pp. 791-804.
22. Nakajima H., Nishio M., Enome S., Shibasaki K., Takano T., Hanaoka Y., Torii C., Sekiguchi H., Bushimata T., Kawashima S., Shinohara N., Irimajiri Y., Koshiishi H., Kosugi T., Shiomi Y., Sawa M., Kai K. New Nobeyama Radio Helio-graph. J. Astrophys. Astron. Suppl. 1995, vol. 16, pp. 437-442.
23. Nita G.M., Fleishman G.D., Jing, Ju, Lesovoi S.V., Bogod V.M., Yasnov L.V., Wang H., Gary D.E. Three-dimensional structure of microwave sources from solar rotation stereoscopy versus magnetic extrapolations. Astrophys. J. 2011, vol. 737, iss. 2, article id. 82, 12 p.
24. Nita G.M., Gary D.E., Lee J. Statistical study of two years of solar flare radio spectra obtained with the Owens Valley Solar Array. Astrophys. J. 2004, vol. 605, iss. 1, pp. 528-545.
25. Smolkov G.Iа., Pistolkors A.A., Treskov T.A., Krissinel B.B., Putilov V.A. The Siberian Solar Radio Telescope - Parameters and principle of operation, objectives and results of first observations of spatio-temporal properties of development of active regions and flares. Astrophys. Space Sci. 1986, vol. 119, no. 1, pp. 1-4.
26. Uralov A.M., Lesovoi S.V., Zandanov V.G., Grechnev V.V. Dual-filament initiation of a coronal mass ejection: Observations and model. Solar Phys. 2002. vol. 208, iss. 1, pp. 69-90.
27. Wang Z., Gary D.E., Fleishman G.D., White S.M. Coronal magnetography of a simulated solar active region from microwave imaging spectropolarimetry. Astrophys. J. 2015, vol. 805, iss. 2, article id. 93, 13 p.
28. Yan Y., Zhang J., Wang W., Liu F., Chen Z., Ji G. The Chinese Spectral Radioheliograph - CSRH. Earth, Moon, and Planets. 2009, vol. 104, iss. 1-4, pp. 97-100.
29. Zhdanov D.A., Zandanov V.G. Observations of microwave fine structures by the Badary broadband microwave spectropolarimeter and the Siberian Solar Radio Telescope. Solar Phys. 2015, vol. 290, pp. 287-294.
30. Zirin H., Baumert B.M., Hurford G.J. The microwave brightness temperature spectrum of the quiet Sun. Astrophys. J. Part 1 (ISSN 0004-637X). 1991, vol. 370, pp. 779-783.
31. http://badary.iszf. irk.ru (accessed December 10, 2016)
32. ftp://badary.iszf.irk.ru/data/srh48 (accessed December 10, 2016).
33. ftp://badary.iszf.irk.ru (accessed December 10, 2016).
34. http://badary.iszf.irk.ru/srhCorrPlot.php (accessed December 10, 2016).
