Вплив дрібномасштабної бернштейнівської турбулентності на низькочастотні плазмові хвилі у передспалаховій хромосфері Сонця

1Кришталь, ОН, 1Войцеховська, АД, 1Герасименко, СВ, 2Черемних, ОК
1Головна астрономічна обсерваторія Національної академії наук України, Київ, Україна
2Інститут космічних досліджень НАН України та ДКА України, Київ, Україна
Рубрика: Фізика Сонця
Мова: російська
Анотація: 

Областю досліджень є ділянка струмового контура магнітної петлі в активній області в ін-тервалі висот від 1400 до 2500 км над рівнем фотосфери. На найбільш ранішньому етапі розвитку спалахового процесу магнітне поле петлі вважалося стаціонарним та однорідним в діапазоні, який відповідає «слабким» полям (так звані дека-гектогауссові поля). Були отримані умови виникнення і розвитку нестійкості другої гармоніки бернштейнівських мод в цій раніше не дослідженій області. Причиною розвитку даної нестійкості (так само як і низькочастотних нестійкостей, що виникають пізніше) вважалося субдрейсерівське електричне поле петлі, а основним фактором, що стримує її розвиток, — парні кулонівські зіткнення. Отримані екстремально низькі значення порогу нестійкості вказували на принципову можливість подальшої появи низькочастотних нестійкостей (і відповідних їм плазмових хвиль), що мають набагато вищі порогові значення, вже на тлі насиченої бернштейнівської турбулентності. В рамках такого сценарію частота розсіювання електронів на пульсаціях турбулентності, як правило, перевищує частоту парних (в основному електрон-іонних) кулонівських зіткнень. При отриманні і дослідженні дисперсійного рівняння для низькочастотних хвиль, крім наявності квазістатичного субдрейсерівського поля у петлі, враховувалася також слабка просторова неоднорідність густини і температури плазми. Показано, що рішення дисперсійного рівняння для низькочастотних хвиль у випадку переваги парних кулонівських зіткнень, і в разі домінування процесу втрати імпульсу електронами на пульсаціях насиченої бернштейнівської турбулентності є морфологічно подібними і відрізняються тільки граничними значеннями параметрів збурення. І в тому, і в іншому випадку вони відносяться до одних і тих же родин хвиль — кінетичних альвенівських і кінетичних іонно-звукових. Ці хвилі, маючи власне електричне поле, можуть відігравати суттєву роль у передспалаховому прискоренні енергійних електронів.

Ключові слова: альвенівські хвилі, бернштейнівська турбулентність, Сонце, 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).