Иркутск, Россия
Проведено статистическое исследование связи доплеровских скоростей течений плазмы и параметров магнитного поля при появлении активных областей в фотосфере Солнца по данным SOHO/MDI. Рассмотрены 224 возникающие активные области с разными пространственными масштабами и положением на диске Солнца. Проанализированы связи: 1) отрицательных доплеровских скоростей с положением возникающих активных областей на диске; 2) отрицательных и положительных доплеровских скоростей с параметрами магнитного поля в активных областях, возникающих в центральной части солнечного диска (вертикальная составляющая); 3) отрицательных и положительных доплеровских скоростей с параметрами магнитного поля в активных областях, возникающих вблизи лимба (горизонтальная составляющая); 4) скорости роста магнитного потока с напряженностью выходящих магнитных полей; 5) доплеровских скоростей и параметров магнитного поля в первые часы появления активных областей с величиной полного беззнакового магнитного потока в максимуме их развития.
активные области, магнитные поля, поля скоростей, центролимбовые наблюдения
ВВЕДЕНИЕ
Магнитный поток на Солнце выходит на разных пространственных масштабах (см., например, [Parnell et al., 2009]). Существует степенная связь между максимальной величиной магнитного потока и временем его существования [Головко, 1998]. Большие и долгоживущие магнитные потоки называют активными областями.
При появлении активных областей в фотосфере Солнца на линии раздела полярностей выходящих магнитных полей наблюдаются отрицательные доплеровские скорости (подъем плазмы) до 1 км/с [Brants, 1985a, b; Tarbell et al., 1989; Lites et al., 1998; Strous, Zwaan, 1999; Kubo et al., 2003; Guglielmino et al., 2006; Grigor'ev et al., 2009]. Высокие доплеров-ские скорости ~1.7 км/с наблюдались при появлении мощной активной области NOAA 10488 [Grigor'ev et al., 2007]. Сопоставление доплеровских скоростей с параметрами магнитных полей не проводилось.
При появлении активных областей на уровне фотосферы в местах наибольшей концентрации магнитных полей наблюдаются положительные доплеровские скорости до 2 км/с [Гопасюк, 1967, 1969; Kawaguchi, Kitai, 1976; Bachmann, 1978; Zwaan et al., 1985; Brants, 1985a, b; Brants, Steenbeek, 1985; Lites et al., 1998; Solanki et al., 2003; Lagg et al., 2007; Xu et al., 2010]. Наблюдение пор выявило связь между скоростью опускания плазмы и напряженностью магнитного поля. Авторы работы [Bonaccini et al., 1991] при изучении большой поры нашли, что сильные магнитные поля линейно коррелируют с доплеровскими скоростями опускания в форме B[Гс]=500V [км/с]. По результатам наблюдения пор [Keil et al., 1999] доплеровские скорости опускания показали положительную корреляцию с напряженностью магнитного поля. Авторы работы [Cho et al., 2010] в маленьких порах <2", не связанных с выходом магнитного потока, наблюдали отрицательную корреляцию между положительными доплеровскими скоростями и напряженностью магнитного поля. Другие исследователи [Grigor'ev et al., 2011] на стадии формирования поры в возникающей активной области обнаружили линейный рост напряженности магнитного поля и положительной доплеровской скорости.
Измерения горизонтальных скоростей при появлении активных областей в фотосфере ранее проводились лишь косвенно. По анализу движений магнитных структур были получены значения в широком диапазоне от 0.1 до 5.5 км/с [Frazier, 1972; Schoolman, 1973; Harvey, Martin, 1973; Chou, Wang, 1987; Barth, Livi, 1990; Strous, Zwaan, 1999; Hagenaar, 2001; Grigorʹev et al., 2009; Otsuji et al., 2011]. В работе [Chou, Wang, 1987] не было обнаружено связи скоростей расхождения полюсов противоположных полярностей в 24 биполярных парах со средней напряженностью магнитного поля и полным беззнаковым магнитным потоком. Авторы работы [Otsuji et al., 2011] нашли степенную связь с отрицательным показателем между скоростью расхождения полюсов противоположных полярностей и максимальной величиной магнитного потока.
В работе [Khlystova, 2011] представлено статистическое исследование фотосферных доплеровских скоростей в 83 активных областях с полным беззнаковым магнитным потоком выше 1021 Мкс. Найдена центролимбовая зависимость отрицательных доплеровских скоростей, показывающая, что в первые часы появления активных областей горизонтальные скорости растекания плазмы превосходят вертикальные скорости подъема.
В данной работе изучаются статистические связи доплеровских скоростей с параметрами магнитных полей в возникающих активных областях.
_____________________________________________________________________________________________
* Впервые статья опубликована на английском языке в журнале "Solar Physics". 2013. V. 284. P. 329-341. На русском языке публикует-ся впервые по лицензии издательства.
1. Гопасюк С.И. Поле скоростей в активной области на стадии появления пятен // Изв. КрАО. 1967. Т. 37. С. 29-43.
2. Гопасюк,С.И. Поле скоростей на двух уровнях в июльской группе 1966 г. // Изв. КрАО. 1969. Т. 40. С. 111-126.
3. Bachmann G. On the evolution of magnetic and velocity fields of an originating sunspot group // Bull. Astron. Inst. Czechoslov. 1978. V. 29. P. 180-184.
4. Bai T., Scherrer P.H., Bogart R.S. The Evershed effect: An MDI investigation // Structure and Dynamics of the Interior of the Sun and Sun-Like Stars / Ed. Korzennik S. 1998. SP-418. P. 607-610.
5. Barth C.S., Livi S.H.B. Magnetic bipoles in emerging flux regions on the Sun // Rev. Mex. Astron. Astrofis. 1990. V. 21. P. 549-551.
6. Bonaccini D., Landi DeglInnocenti E., Smaldone L.A., Tamblyn P. High resolution spectropolarimetry of an active region // Solar Polarimetry / Ed. November L.J. 1991. P. 251-256.
7. Brants J.J. High-resolution spectroscopy of active regions. II. Line-profile interpretation applied to an emerging flux region // Solar Phys. 1985a. V. 95. P. 15-36.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00162633.
8. Brants J.J. High-resolution spectroscopy of active regions. III. Relations between the intensity, velocity, and magnetic structure in an emerging flux region // Ibid. 1985b. V. 98. P. 197-217.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00152456.
9. Brants J.J., Steenbeek J.C.M. Morphological evolution of an emerging flux region // Ibid. 1985. V. 96. P. 229-252.
10. Cho K.-S., Bong S.-C., Chae J., et al. Tiny pores observed by Hinode/Solar optical telescope // Astrophys. J. 2010. V. 723. P. 440-448.DOI:https://doi.org/10.1088/0004-637X/723/1/440.
11. Chou D., Wang H. The separation velocity of emerging magnetic flux // Solar Phys. 1987. V. 110. P. 81-99.DOI: 10.1007/ BF00148204.
12. Frazier E.N. The magnetic structure of arch filament systems // Ibid. 1972. V. 26. P. 130-141.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00155113.
13. Garcia de La Rosa J.I. The observation of intrinsically different emergences for large and small active regions // Ibid. 1984. V. 92. P. 161-172.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00157243.
14. Golovko A.A. Relationship between the maximum magnetic fluxes and lifetimes of solar active regions // Astron. Rep. 1998. V. 42. P. 546-552. DOI:https://doi.org/10.1007/BF00149682.
15. Grigorev V.M., Ermakova L.V., Khlystova A.I. Dyna-mics of line-of-sight velocities and magnetic field in the solar photosphere during the formation of the large active region NOAA 10488 // Astron. Lett. 2007. V. 33. P. 766-770.DOI:https://doi.org/10.1134/S1063773707110072.
16. Grigorev V.M., Ermakova L.V., Khlystova A.I. Emergence of magnetic flux at the solar surface and the origin of active regions // Astron. Rep. 2009. V. 53. P. 869-878.DOI:https://doi.org/10.1134/S1063772909090108.
17. Grigorev V.M., Ermakova L.V., Khlystova A.I. The dynamics of photospheric line-of-sight velocities in emerging active regions // Ibid. 2011. V. 55. P. 163-173.DOI:https://doi.org/10.1134/S1063772911020041.
18. Guglielmino S.L., Martínez Pillet V., Ruiz Cobo B., et al. A detailed analysis of an ephemeral region // Mem. Soc. Astron. Ital. Suppl. 2006. V. 9. P. 103-105.
19. Hagenaar H.J. Ephemeral regions on a sequence of full-disk Michelson Doppler Imager magnetograms // Astrophys. J. 2001. V. 555. P. 448-461.DOI:https://doi.org/10.1086/321448.
20. Harvey K.L., Martin S.F. Ephemeral active regions // Solar Phys. 1973. V. 32. P. 389-402.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00154951.
21. Kawaguchi I., Kitai R. The velocity field associated with the birth of sunspots // Ibid. 1976. V. 46. P. 125-135.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00157559.
22. Keil S.L., Balasubramaniam K.S., Smaldone L.A., Reger B. Velocities in solar pores // Astrophys. J. 1999. V. 510. P. 422-443.DOI:https://doi.org/10.1086/306549.
23. Khlystova A. Center-limb dependence of photospheric velocities in regions of emerging magnetic fields on the Sun // Astron. Astrophys. 2011. V. 528. A7.DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361/201015765.
24. Khlystova A. The horizontal component of photospheric plasma flows during the emergence of active regions on the Sun // Solar Phys. 2013. V. 284. P. 343-361.DOI:https://doi.org/10.1007/s11207-012-0181-8.
25. Kubo M., Shimizu T., Lites B.W. The evolution of vector magnetic fields in an emerging flux region // Astrophys. J. 2003. V. 595. P. 465-482.DOI:https://doi.org/10.1086/377333.
26. Lagg A., Woch J., Solanki S.K., Krupp N. Supersonic downflows in the vicinity of a growing pore. Evidence of unresolved magnetic fine structure at chromospheric heights // Astron. Astrophys. 2007. V. 462. P. 1147-1155.DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361:20054700.
27. Lites B.W., Skumanich A., Martinez Pillet V. Vector magnetic fields of emerging solar flux. I. Properties at the site of emergence // Ibid. 1998. V. 333. P. 1053-1068.
28. Liu Y., Norton A.A., Scherrer P.H. A note on saturation seen in the MDI/SOHO magnetograms // Solar Phys. 2007. V. 241. P. 185-193.DOI:https://doi.org/10.1007/s11207-007-0296-5.
29. Meunier N., Lagrange A.M., Desort M. Reconstructing the solar integrated radial velocity using MDI/SOHO // Astron. Astrophys. 2010. V. 519. A66.
30. Otsuji K., Kitai R., Ichimoto K., Shibata K. Statistical study on the nature of solar-flux emergence // Publ. Astron. Soc. Japan. 2011. V. 63. P. 1047-1057.
31. Parker E.N. The formation of sunspots from the solar toroidal field // Astrophys. J. 1955. V. 121. P. 491-507.DOI:https://doi.org/10.1086/146010.
32. Parnell C.E., DeForest C.E., Hagenaar H.J., et al. A powerlaw distribution of solar magnetic fields over more than five decades in flux // Ibid. 2009. V. 698. P. 75-82.DOI:https://doi.org/10.1088/0004-637X/698/1/75.
33. Scherrer P.H., Bogart R.S., Bush R.I., et al. MDI Engineering Team. The solar oscillations investigation - Michelson Doppler Imager // Solar Phys. 1995. V. 162. P. 129-188.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00733429.
34. Schoolman S.A. Videomagnetograph studies of solar magnetic fields. II: Field changes in an active region // Ibid. 1973. V. 32. P. 379-388.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00154950.
35. Snodgrass H.B. Magnetic rotation of the solar photosphere // Astrophys. J. 1983. V. 270. P. 288-299.DOI:https://doi.org/10.1086/161121.
36. Snodgrass H.B., Ulrich R.K. Rotation of Doppler features in the solar photosphere // Ibid. 1990. V. 351. P. 309-316.DOI:https://doi.org/10.1086/168467.
37. Solanki S.K., Lagg A., Woch J., et al. Three-dimensional magnetic field topology in a region of solar coronal heating // Nature. 2003. V. 425. P. 692-695.DOI:https://doi.org/10.1038/nature02035.
38. Strous L.H., Zwaan C. Phenomena in an emerging active region. II. Properties of the dynamic small-scale structure // Astrophys. J. 1999. V. 527. P. 435-444.DOI:https://doi.org/10.1086/308071.
39. Tarbell T.D., Topka K., Ferguson S., et al. High-resolution observations of emerging magnetic flux // High Spatial Resolution Solar Observations / Ed. von der Luehe O. 1989. P. 506-520.
40. Ulrich R.K., Bertello L., Boyden J.E., Webster L. Interpretation of solar magnetic field strength observations // Solar Phys. 2009. V. 255. P. 53-78.DOI:https://doi.org/10.1007/s11207-008-9302-9.
41. Xu Z., Lagg A., Solanki S.K. Magnetic structures of an emerging flux region in the solar photosphere and chromosphere // Astron. Astrophys. 2010. V. 520. A77.DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361/ 200913227.
42. Zwaan C. Elements and patterns in the solar magnetic field // Ann. Rev. Astron. Astrophys. 1987. V. 25. P. 83-111.DOI:https://doi.org/10.1146/annurev.aa.25.090187.000503.
43. Zwaan C., Brants J.J., Cram L.E. High-resolution spectroscopy of active regions. I. Observing procedures // Solar Phys. 1985. V. 95. P. 3-14.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00162632.
