Высокоэнергичное гамма-излучение солнечных вспышек, потоки протонов и электронов,

измеренные на 1 а.е.Виктория Г. Курт1, Б.Ю. Юшков1, А.В. Белов2

1Научно исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. Москва, 119991

2Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн м. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН )

Доклад представляет собой краткий обзор наших экспериментальных знаний о высокоэнергичном излучении солнечных

вспышек и событиях солнечных протонов и электронов, измеренных на орбите

Земли.

Импульсная фаза солнечной вспышки представляет собой интервал времени быстрой конверсии энергии

предсвспышечного магнитного поля.

Наблюдения жесткого рентгеновского и гамма излучения , а также потоков протонов, электронов и

нейтронов in situ показывают, что значительная часть этой энергии конвертируется в кинетическую энергию

частиц.

THE TOTAL NUMBER OF EVENTS Recorded at 1976-2006

0,1 1 10 100 1000 10000

PROTON EVENTS >100 MeV

PROTON EVENTS >10 MeV,>10 pfu

Event Number

SXR flaresSXR flares >M5

SXR flares >X5

PROTON EVENTS >10 MeV

GLE

Electron events E>10 MeV

Electron - positron event >60 MeV

Gamma-lines flaresFlares with

Flare with bremmstrahlung >300 MeVF

ull

tim

e co

vera

ge

Среднемесячные числа солнечных пятен в семи последних циклах солнечной активности и моменты всех известных наземных возрастаний солнечных космических лучей.

. Вероятность наблюдения наземного протонного возрастания после вспышек с различной мощностью в мягком (1-8 Å)

рентгене, наблюдавшихся в благоприятной долготной зоне W0-W80

Спектр межпланетных электронов, потоки

которых были измерены на ИСЗ IMP-8.

P. Evenson et al., Ap. J., 299: L107-110

Eмакс 60-100 МэВ

V. Akimov et al.,1991,1995

GAMMA 1

Комбинированные спектры, полученные для нескольких самых мощных событий СКЛ. Видно, что спектр невозможно описать единым степенным законом и что максимальная энергия в этих событиях превышала 5 -10ГэВ .

Проявления наличия протонов в атмосфере Солнца

Protons are silent

Protons are silent

Protons with energies 10-30 MeV generate gamma-line radiation of excited nuclei 1.634, 4.438, 6.129 MeV,as well as the neutron capture line 2.223 MeV

From http://hesperia.gsfc.nasa.gov/hessi/flares.htm

1 10 100 10001E-7

1E-5

1E-3

0,1

F,

cm -2

s -1

MeV

-1

E, MeV

Gamma ray spectrum created as a result of ± decay

From Murphy R.J., Dermer C.D, Ramaty R. High-energy

processes in solar flares. Astrophys. J. Suppl. 63, 721-748.

1987

Это излучение с максимумом спектра в области 70-100 МэВ является индикатором появления ионов высоких энергий в короне.

Измерения гамма-излучения таких энергий дают уникальную информацию о процессе

ускорения частиц до энергий в сотни МэВ и возможность

сравнения времени ускорения этих протонов с временем

ускорения и выхода протонов, измеренных сетью нейтронных

мониторов (GLE).

№ Дата Координаты

ИСЗ/Эксперимент

Ссылки GLE

1 21.06.1980 W90 N20 SMM/GRS Чапп и др., 1982

2 03.06.1982 E72 S09 SMM/GRS Чапп и др., 1987

3 16.12.1988 E37 N26 SMM/GRS Данфи и Чапп, 1994

4 06.03.1989 E69 N35 SMM/GRS Данфи и Чапп, 1991

5 24.05.1990 W76 N36 GRANAT/PHEBUS

Талон и др., 1993; Вильмер и др., 2003

GLE 48

6 26.03.1991 W23 S09 GAMMA/GAMMA-1

Акимов и др., 1991, 1994

7 11.06.1991 W17 N31 CGRO/EGRET

Данфи и др., 1999 GLE 51

8 15.06.1991 W69 N33 GAMMA/GAMMA-1

Акимов и др., 1996 GLE 52

9 25.08.2001 W32 S17 КОРОНАС-Ф/СОНГ

Кузнецов и др., 2004 , 2008б

10 28.10.2003 E08 S16 КОРОНАС-Ф/СОНГ

Веселовский и др., 2004 Кузнецов и др., 2005, 2008а, 2008б

GLE 65

11 04.11.2003 W83 S19 КОРОНАС-Ф/СОНГ

Веселовский и др., 2004 Кузнецов и др., 2004,2008б

12 20.01.2005 W61 N14 КОРОНАС-Ф/СОНГ

Кузнецов и др., 2005, 2006, 2008б

GLE 69

Солнечные вспышки с гамма-излучением с энергией >60 MэВ

15 июня 1991г

Сопоставление спектра гамма излучения со спектром протонов у Земли

12 3

28 October

2003

1

23

Мощные солнечные вспышки, зарегистрированные детектором СОНГ

на ИСЗ КОРОНАС-Ф (см ПОСТЕР)Дата вспышки

Появление «пионного» гамма-излучения, UT

Поток гамма-излучения,

см-2с-1МэВ-1

При100 МэВ

СобытиеСКЛ

25.08.2001 16:30:16±2 с 7.3·10-4 n

28.10.2003 11:03:51±2 с 7.8·10-3 GLE 65, n

04.11.2003 19:42:38±4 с 1.0·10-3 n

20.01.2005 06:45:34±4 с 3.6·10-3 GLE 69

11:02 11:04 11:06 11:08 11:10 11:12 11:14 11:16 11:18 11:20 11:22-5

0

5

10

15

20 28 October 2003

E 90-300 MeV

UT, h:m

Norilsk NM

Rel

ativ

e un

its

W08

Ts γ= 06:45:30 UT Tmax γ= 06:46-06:47 UTTs НМ= 06:48-6:49 UT ΔT ~ 100 cL = 1.05 а.е. E = 1 ГэВ

ИТАК,

•Электроны ускоряются до 200-300 МэВ

•Время ускорения не превышает 0.1-0.5 с

•Протоны ускоряются до 10-20 ГэВ

•Время ускорения 1-4с

•Полное число ускоренных в событии протонов с энергией >30 МэВ может быть определено из измерений гамма излучения и равно 1.5*1032 и 3.4*1032 частиц в событии 20.01.05 и 28.10.03.

•Эффективное ускорение протонов совпадает со временем максимального энерговыделения во вспышке

• Ускоренные протоны выходят в межпланетное пространство практически без задержки

•Спектр протонов, взаимодействующих в короне, совпадает со спектром частиц, измеренных у Земли.