Низькочастотні кінетичні хвилі в плазмі магнітних петель на ранішній стадії спалахового процесу в активній області
Heading:
| 1Кришталь, ОН, 1Войцеховська, АД, 1Герасименко, СВ 1Інститут космічних досліджень Національної академії наук України та Державного космічного агентства України, Київ, Україна |
| Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2019, 35(3):3-33 |
| https://doi.org/10.15407/kfnt2019.03.003 |
| Start Page: Физика Солнца |
| Мова: російська |
Анотація: Досліджено процес виникнення та розвитку низькочастотної нестійкості кінетичних альвенівських (КАХ) та кінетичних іонно-звукових хвиль (КІЗХ) у передспалаховій сонячній плазмі поблизу основ магнітних петель, тобто в області, яка відповідає по висоті нижньо-середній хромосфері. В цій області, згідно з даними спостережень, отри-маними в рамках міжнародних місій «Hinode», SDO та IRIS, амплітуда магнітного поля може змінюватись у межах від декількох десятків до декількох сотен гаусс. Наявність у цій області великомасштабного слабкого електричного поля («субдрейсерівського», відповідно до встановленої термінології) протягом досить тривалого періоду часу (порівняно з часом розвитку нестійкості) можна вважати головним джерелом генерації хвиль. Ще одним важливим джерелом нестійкостей можна вважати повільні дрейфові рухи плазми, викликані просторовою неоднорідністю температури та густини середовища. Проведена раніше ідентифікація отриманих розв’язків дисперсійного рівняння для низькочастотних кінетичних хвиль, які генеруються внаслідок розвитку відповідних нестійкостей, дозволила встановити важливий факт: для деяких напівемпіричних моделей сонячної атмосфери хвилі, що генеруються на лінійній стадії розвитку нестійкості, належать до родини «кінетичних альвенівських хвиль» та «кінетичних іонно-звукових хвиль». Було показано, що генерація цих хвиль може мати місце як у плазмі з чисто кулонівською провідністю, так і у плазмі з насиченою дрібномасштабною бернштейнівською турбулентністю. Раніше було показано, що остання може з’явитися і у досліджуваній області як результат еволюції нестійкості першої гармоніки квазібернштейнівських мод, яка має нижчий поріг збудження по амплітуді субдрейсерівського поля, ніж низькочастотні кінетичні. Окрім екстремально низького порогу збудження, ще однією важливою властивістю досліджуваних хвиль є невисокий ступінь неізотермічності плазми, необхідний для появи нестійкості. Доведено також принципову можливість існування незагасаючих кінетичних хвиль малої амплітуди в досліджуваній області. Це підвищує ймовірність реалізації процесу трихвильової взаємодії та появи сплесків мікрохвильового випромінювання у передспалаховому стані активної області, а отже і побудови комбінованого короткострокового прогнозу спалаху в ній. |
| Ключові слова: магнітне поле, плазмові нестійкості, Сонце, сонячна активність, спалахи |
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.