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


如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

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).

全文:

受限制的访问

作者简介

А. Струминский

Институт космических исследований РАН

编辑信件的主要联系方式.
Email: astruminsky@gmail.com
俄罗斯联邦, Москва

А. Садовский

Институт космических исследований РАН

Email: astruminsky@gmail.com
俄罗斯联邦, Москва

И. Григорьева

Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН

Email: astruminsky@gmail.com
俄罗斯联邦, Санкт-Петербург

参考

  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

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Radiation situation at point L2 according to the AWG/ART-XC data: (a) from the beginning of January 2021 to the end of August 2023; (b) from 24 to 28 February 2023; (c) from 15 to 20 July 2023.

下载 (603KB)
索引源数据
3. Fig. 2. The full rate of ACS SPI counting in 50 ms, smoothed in 1 min, near the zero time of events: (1) – October 28, 2021, (3) – February 24, 2023, (4) – February 25, 2023, (6a) – July 16, 2023, (7) – July 17, 2023 (Table 1).

下载 (220KB)
索引源数据
4. 3. (a) The contribution of solar HXRS and protons to the ACS SPI counting rate during solar flares and proton events: (1) X1.1-28 October 2021, (2) X2.2-17 February 2023, (4) M6.3-25 February 2023, (7) M5.July 7-17-18, 2023 (b) Contribution of solar HXRS and protons to the ACS SPI counting rate during solar flares and proton events: (2) X2.2-17 February 2023, (3) M3.7-24 February 2023, (5) M8.6-28 February 2023, (6a) C1.3 and (6b) M4.0-16 July 2023

下载 (602KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Proton and electron fluxes registered by SOHO/EPHIN15–February 28, 2023

下载 (365KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Flash 4 (M6.3) on February 25, 2023: (a) flash plasma temperature and radio emission of 8.8–2695 MHz, (b) flash plasma temperature and radio emission of 1415-245 MHz.

下载 (600KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Flash 5 (M8.6) on February 28, 2023: (a) flash plasma temperature and radio emission flux 15.4– 2695 MHz, (b) flash plasma temperature and radio emission flux 1415-245 MHz.

下载 (653KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024