Солнечно-земная физика, 2024, № 2
Покупка
Новинка
Основная коллекция
Издательство:
Институт солнечно-земной физики СО РАН
Наименование: Солнечно-земная физика
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 127
Дополнительно
Вид издания:
Журнал
Артикул: 349900.0039.99
Доступ онлайн
от 308 ₽
В корзину
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 03.03.01: Прикладные математика и физика
- ВО - Магистратура
- 03.04.01: Прикладные математика и физика
- 03.04.02: Физика
- ВО - Специалитет
- 03.05.01: Астрономия
- Аспирантура
- 03.06.01: Физика и астрономия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
СОЛНЕЧНО-ЗЕМНАЯ ФИЗИКА
СМИ зарегистрировано Федеральной служ- ISSN 2712-9640
бой по надзору в сфере связи, информаци- Издается с 1963 года DOI: 10.12737/issn.2712-9640
онных технологий и массовых коммуника- Том 10. № 2. 2024. 127 с.
ций (Роскомнадзор). Регистрационный но- Выходит 4 раза в год
мер ЭЛ № ФС 77 — 79288 от 2 октября 2020 г.
Учредители: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Ордена Трудового Красного Знамени Институт солнечно-земной физики
Сибирского отделения Российской академии наук
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Сибирское отделение Российской академии наук»
SOLAR-TERRESTRIAL PHYSICS
Registered by Federal Service for Supervision ISSN 2712-9640
of Communications, Information Technology The edition has been published since 1963 DOI: 10.12737/issn.2412-4737
and Mass Media (Roscomnadzor). Registration Vol. 10. Iss. 2. 2024. 127 p.
Number EL No. FS 77 — 79288 of October Quarterly
02, 2020
Founders: Institute of Solar-Terrestrial Physics of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences
Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Состав редколлегии журнала Editorial Board
Жеребцов Г.А., академик РАН — Zherebtsov G.A., Academician of RAS, Editor-in-Chief,
главный редактор, ИСЗФ СО РАН ISTP SB RAS
Степанов А.В., чл.-к. РАН — Stepanov A.V., Corr. Member of RAS,
заместитель главного редактора, ГАО РАН Deputy Editor-in-Chief, GAO RAS
Потапов А.С., д-р физ.-мат. наук — Potapov A.S., D.Sc. (Phys.&Math),
заместитель главного редактора, ИСЗФ СО РАН Deputy Editor-in-Chief, ISTP SB RAS
Члены редколлегии Members of the Editorial Board
Абраменко В.И., д-р физ.-мат. наук, КРАО Abramenko V. I., D.Sc. (Phys.&Math.), CRAO
Алтынцев А.Т., д-р физ.-мат. наук, ИСЗФ СО РАН Altyntsev A.T., D.Sc. (Phys.&Math.), ISTP SB RAS
Афанасьев Н.Т., д-р физ.-мат. наук, ИГУ Afanasiev N.T., D.Sc. (Phys.&Math.), ISU
Благовещенская Н.Ф., д-р физ.-мат. наук, ААНИИ Blagoveshchenskaya N.F., D.Sc. (Phys.&Math.), AARI
Богачев С.А., д-р физ.-мат. наук, ИКИ РАН Bogachev S.A., D.Sc. (Phys.&Math.), IKI RAS
Валявин Г.Г., канд. физ.-мат. наук, САО РАН Valyavin G.G., C.Sc. (Phys.&Math.), SAO RAS
Григорьев В.М., чл.-к. РАН, ИСЗФ СО РАН Grigoryev V.M., Corr. Member of RAS, ISTP SB RAS
Гульельми А.В., д-р физ.-мат. наук, ИФЗ РАН Guglielmi A.V., D.Sc. (Phys.&Math.), IPE RAS
Демидов М.Л., д-р физ.-мат. наук, ИСЗФ СО РАН Demidov M.L., D.Sc. (Phys.&Math.), ISTP SB RAS
Деминов М.Г., д-р физ.-мат. наук, ИЗМИРАН Deminov M.G., D.Sc. (Phys.&Math.), IZMIRAN
Ермолаев Ю.И., д-р физ.-мат. наук, ИКИ РАН Yermolaev Yu.I., D.Sc. (Phys.&Math.), IKI RAS
Зеленый Л.М., академик РАН, ИКИ РАН Zelenyi L.M., Academician of RAS, IKI RAS
Куличков С.Н., д-р физ.-мат. наук, ИФА РАН Kulichkov S.N., D.Sc. (Phys.&Math.), IAP RAS
Леонович А.С.†, д-р физ.-мат. наук, ИСЗФ СО РАН Leonovich A.S.†, D.Sc. (Phys.&Math.), ISTP SB RAS
Мареев Е.А., академик РАН, ИПФ РАН Mareev E.A., Academician of RAS, IAP RAS
Медведев А.В., чл.-к. РАН, ИСЗФ СО РАН Medvedev A.V., Corr. Member of RAS, ISTP SB RAS
Мингалев И.В., д-р физ.-мат. наук, ПГИ Mingalev I.V., D.Sc. (Phys.&Math.), PGI
Обридко В.Н., д-р физ.-мат. наук, ИЗМИРАН Obridko V.N., D.Sc. (Phys.&Math.), IZMIRAN
Перевалова Н.П., д-р физ.-мат. наук, ИСЗФ СО РАН Perevalova N.P., D.Sc. (Phys.&Math.), ISTP SB RAS
Пташник И.В., чл.-к. РАН, ИОА СО РАН Ptashnik I.V., Corr. Member of RAS, IAO SB RAS
Салахутдинова И.И., канд. физ.-мат. наук, Salakhutdinova I.I., C.Sc. (Phys.&Math.),
ученый секретарь, ИСЗФ СО РАН Scientific Secretary, ISTP SB RAS
Сафаргалеев В.В., д-р физ.-мат. наук, ПГИ Safargaleev V.V., D.Sc. (Phys.&Math.), PGI
Стародубцев С.А., д-р физ.-мат. наук, ИКФИА СО РАН Starodubtsev S.A., D.Sc. (Phys.&Math.), IKFIA SB RAS
Стожков Ю.И., д-р физ.-мат. наук, ФИАН Stozhkov Yu.I., D.Sc. (Phys.&Math.), LPI RAS Тащилин А.В., д-р физ.-мат. наук, ИСЗФ СО РАН Tashchilin A.V., D.Sc. (Phys.&Math.), ISTP SB RAS Тестоедов Н.А., академик РАН, ИКТ КНЦ СО РАН Testoedov N.A., Academician of RAS, ICT KSC RAS Уралов А.М., д-р физ.-мат. наук, ИСЗФ СО РАН Uralov A.M., D.Sc. (Phys.&Math.), ISTP SB RAS Лестер М., проф., Университет Лестера, Великобритания Lester M., Prof., University of Leicester, UK Логинов В.Ф., академик НАН Беларуси, Loginov V.F., Academician of the NAS of Belarus, Институт природопользования Беларуси Institute of Nature Managment Йихуа Йан, проф., Национальные астрономические Yan Yihua, Prof., National Astronomical Observatories, обсерватории Китая, КАН, Китай China Панчева Дора, проф., Национальный институт геодезии, Pancheva D., Prof., Geophysical Institute, Bulgarian геофизики и географии БАН, Болгария Academy of Sciences, Bulgaria Ответственный секретарь редакции Executive Secretary of Editorial Board Полюшкина Н.А., ИСЗФ СО РАН Polyushkina N.A., ISTP SB RAS
СОДЕРЖАНИЕ
Белов С.А., Леденцов Л.С., Завершинский Д.И., Богачёв С.А. Дифференциальная мера эмиссии
солнечных нановспышек, определенная с помощью алгоритма SITES .……............................................ 4–14
Рахманова Л.С., Хохлачев А.А., Рязанцева М.О., Ермолаев Ю.И., Застенкер Г.Н. Развитие турбулентности за околоземной ударной волной в периоды спокойного и возмущенного солнечного ветра …... 15–28
Ковалев И.И., Кравцова М.В., Олемской С.В., Сдобнов В.Е., Стародубцев С.А. Мониторинг околоземного космического пространства, магнитосферы и атмосферы Земли в периоды форбуш-эффектов
в конце августа 2005 г. ...…………............................................................................................................. 29–37
Черниговская М.А., Сетов А.Г., Ратовский К.Г., Калишин А.C., Степанов А.Е. Изменчивость
ионизации ионосферы над Евразией по данным цепи высокоширотных ионозондов во время экстремальных магнитных бурь 2015 г. …………...…………………………………………………………... 38–52
Степанов А.Е., Данилов С.И., Баишев Д.Г., Халипов В.Л., Котова Г.А., Кобякова С.Е. Время
жизни поляризационного джета при длительных магнитных бурях .….................................................... 53–59
Михалев А.В. Полярные сияния в периоды экстремальных геомагнитных бурь: особенности среднеширотного сияния 11 февраля 1958 г. …………………………………………………………………... 60–66
Ермакова Е.Н., Рябов А.В. Влияние ионосферных резонаторов на суточную динамику спектральных
параметров первого шумановского резонанса по данным меридиональной сети УНЧ-магнитометров …... 67–78
Борисова Т.Д., Благовещенская Н.Ф., Калишин А.C., Ковалев А.С. Определение вектора скорости искусственных ионосферных неоднородностей по данным доплеровских измерений методом
ракурсного рассеяния КВ-радиосигналов, распространяющихся на протяженных радиотрассах ……. 79–98
Пономарчук С.Н., Куркин В.И., Ильин Н.В., Пензин М.С. Моделирование КВ-радиотрасс на основе волноводного подхода ………………………………………………………………………………….. 99–108
Пономарчук С.Н., Грозов В.П. Автоматическая интерпретация ионограмм наклонного зондирования на основе гибридных алгоритмов …………………………………………………………………… 109–118
Коваль А.В., Гаврилов Н.М., Головко А.Г., Диденко К.А., Ермакова Т.С. Моделирование влияния вариаций солнечной активности на глобальную атмосферную циркуляцию ……………………… 119–126
CONTENTS
Belov S.A., Ledentsov L.S., Zavershinskii D.I., Bogachev S.A. Differential emission measure of solar
nanoflares measured with the SITES algorithm …….………………………………………………………... 4–14
Rakhmanova L.S., Khokhlachev A.A., Riazantseva M.O., Yermolaev Yu.I., Zastenker G.N. Turbulence development behind the bow shock during disturbed and undisturbed solar wind …………………….. 15–28
Kovalev I.I., Kravtsova M.V., Olemskoy S.V., Sdobnov V.E., Starodubtsev S.A. Monitoring of near-Earth
space, Earth’s magnetosphere and atmosphere during Forbush decreases in August 2005 ………………… 29–37
Chernigovskaya M.A., Setov A.G., Ratovsky K.G., Kalishin A.S., Stepanov A.E. Variability of ionospheric ionization over Eurasia according to data from a high-latitude ionosonde chain during extreme
magnetic storms in 2015 ..……………………………………………………………………………………… 38–52
Stepanov A.E., Danilov S.I., Baishev D.G., Khalipov V.L., Kotova G.A., Kobyakova S.E. Lifetime of a
polarization jet during long-term magnetic storms …........................................................................................ 53–59
Mikhalev А.V. Auroras during extreme geomagnetic storms: some features of mid-latitude aurora on
February 11, 1958 ……………..…...…………………………………………………………………………... 60–66
Ermakova E.N., Ryabov A.V. Influence of ionospheric resonators on daily dynamics of the first Schumann resonance spectral parameters according to data from a meridional chain of ULF magnetometers …… 67–78
Borisova T.D., Blagoveshchenskaya N.F., Kalishin A.S., Kovalev A.S. Determination of the vector velocity of artificial ionospheric irregularities based on Doppler measurements by the bistatic scatter method
of HF radio signals propagating over long radio paths ……………………………………………………….. 79–98
Ponomarchuk S.N., Kurkin V.I., Ilyin N.V., Penzin M.S. HF radio path modeling by waveguide approach …………………………………………………………………………………………………………. 99–108
Ponomarchuk S.N., Grozov V.P. Automatic interpretation of oblique sounding ionograms based on hybrid algorithms ………………………………………………………………………………………………... 109–118
Koval A.V., Gavrilov N.M., Didenko K.A., Ermakova T.S. Modeling the impact of solar activity variations on global atmospheric circulation ………………………………………………………………………... 119–126
Солнечно-земная физика. 2024. Т. 10. № 2 Solnechno-zemnaya fizika. 2024. Vol. 10. Iss.2
УДК 523.947, 523.9-739 Поступила в редакцию 04.12.2023
DOI: 10.12737/szf-102202401 Принята к публикации 21.03.2024
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ МЕРА ЭМИССИИ СОЛНЕЧНЫХ НАНОВСПЫШЕК,
ОПРЕДЕЛЕННАЯ С ПОМОЩЬЮ АЛГОРИТМА SITES
DIFFERENTIAL EMISSION MEASURE OF SOLAR NANOFLARES
MEASURED WITH THE SITES ALGORITHM
С.А. Белов S.A. Belov
Самарский национальный исследовательский Samara National Research University,
университет им. С.П. Королева, Samara, Russia, mr_beloff@mail.ru
Самара, Россия, mr_beloff@mail.ru Samara Branch of Lebedev Physical Institute RAS,
Самарский филиал Физического института Samara, Russia
им. П.Н. Лебедева РАН, L.S. LedentsovСамара, Россия Samara National Research University,
Л.С. Леденцов Samara, Russia, leonid.ledentsov@gmail.com
Самарский национальный исследовательский Sternberg Astronomical Institute,
университет им. С.П. Королева, Moscow, Russia
Самара, Россия, leonid.ledentsov@gmail.com D.I. ZavershinskiiГосударственный астрономический институт Samara National Research University,
им. П.К. Штернберга, Samara, Russia, dimanzav@mail.ru
Москва, Россия Samara Branch of Lebedev Physical Institute RAS,
Д.И. Завершинский Samara, Russia
Самарский национальный исследовательский S.A. Bogachevуниверситет им. С.П. Королева, Samara National Research University,
Самара, Россия, dimanzav@mail.ru Samara, Russia, bogachev.sergey@gmail.com
Самарский филиал Физического института Space Research Institute,
им. П.Н. Лебедева РАН, Moscow, Russia
Самара, Россия
С.А. Богачёв
Самарский национальный исследовательский
университет им. С.П. Королева,
Самара, Россия, bogachev.sergey@gmail.com
Институт космических исследований РАН,
Москва, Россия
Аннотация. В работе представлены результаты Abstract. The paper presents the results of a study
исследования возможностей алгоритма SITES (Solar of capabilities of the SITES algorithm for reconstructing
Iterative Temperature Emission Solver) [Morgan, the differential emission measure (DEM) of a source
Pickering, 2019] для восстановления дифференци- from its radiation in several parts of the electromagnetic
альной меры эмиссии (ДМЭ) источника по его излу- spectrum in the context of observing solar nanoflares
чению в нескольких участках электромагнитного with the AIA/SDO instrument. The SITES method was
спектра в контексте наблюдения солнечных нано- implemented in the Python programming language and
вспышек прибором AIA/SDO. Метод SITES был реа- was first used to construct the DEM of nanoflares. For
лизован на языке программирования Python и впервые this purpose, we tested the efficiency of the algorithm
был применен для построения ДМЭ нановспышек. on model single- and double-peak DEM at characteristic
С этой целью мы проверили эффективность работы temperatures of solar nanoflares. The test results indiалгоритма на модельных одно- и двухпиковых ДМЭ cate that the SITES algorithm can be of limited applicaпри температурах, характерных для солнечных на- bility for studying the DEM of nanoflares in the singleновспышек. Результаты тестирования говорят о том, peak approximation. The algorithm has a combination
что алгоритм SITES может быть ограниченно при- of high accuracy and high counting rate in the studied
меним для исследования ДМЭ нановспышек в од- temperature range from 1 to 3 MK. The features of
нопиковом приближении. Алгоритм обладает соче- DEM nanoflares reconstructed by the SITES method
танием хорошей точности и высокой скорости счета were examined using our previously found sample of
в исследуемой области температур от 1 до 3 МK. 58855 events observed in 2019 with the AIA/SDO inОсобенности ДМЭ нановспышек, восстановленных strument. The results confirm that the characteristic
методом SITES, были изучены на основе найденной plasma temperature in nanoflares is 1–2 MK. The reнами ранее выборки из 58855 событий, наблюдав- constructed DEM of nanoflares generally have one
шихся в 2019 г. с помощью AIA/SDO. Полученные maximum within this range, but the temperature distriрезультаты подтверждают, что характерная темпера- bution we obtained for all flares forms two clusters with
4
С.А. Белов, Л.С. Леденцов, Д.И. Завершинский, С.А. Богачёв S.A. Belov, L.S. Ledentsov, D.I. Zavershinskii, S.A. Bogachev
тура плазмы в нановспышках составляет 1–2 МK. Вос- maxima at 1.2 and 1.7 MK. We interpret this as possible
становленные ДМЭ нановспышек, как правило, имеют evidence for the existence of two types of solar
один максимум внутри этого диапазона, однако по- nanoflares, but this result requires further confirmation.
лученное нами для всех вспышек распределение по Keywords: nanoflares, differential emission measтемпературе формирует два кластера с максимума- ure (DEM), quiet Sun.
ми при 1.2 и 1.7 МK. Мы интерпретируем это как
возможное свидетельство существования двух типов солнечных нановспышек, но данный результат
требует дополнительного подтверждения.
Ключевые слова: нановспышки, дифференциальная мера эмиссии (ДМЭ), спокойное Солнце.
ВВЕДЕНИЕ ∞ 2 M = ∫0 ne ( x ) dx ,
Нагрев солнечной короны до наблюдаемых тем где M — полная мера эмиссии столба плазмы вдольператур Т >1 МK многие десятилетия остается не луча зрения x; ne — концентрация электронов. По по-решенной загадкой солнечной физики. В настоящее
лученной ДМЭ можно оценить температуру наблю-время существует несколько подходов, призванных
даемого объема плазмы Test [Cheng et al., 2012;объяснить механизм нагрева, среди которых можно
Vanninathan et al., 2015]:выделить два основных: нагрев с помощью магнитогидродинамических волн и нагрев нановспышками. ∞ T ξ ( T ) dt ∫0Первый подразумевает способность волн перено- . Test = ∞
ξ ( T ) dtсить энергию из нижних слоев солнечной атмосферы ∫0в корону, где она может нагревать окружающую
плазму (см., например, [Van Doorsselaere et al., Стоит отметить, что между наблюдаемой в опре2020]). Второй подход объясняет нагрев солнечной деленном спектральном канале телескопа интенсивкороны как результат большого числа мелкомасштаб- ностью I и ДМЭ существует следующая связь:
ных вспышечных событий с энергиями ~1023–1027 эрг, ∞
названных Паркером нановспышками [Parker, 1988]. I = ∫0 R ( T ) ξ ( T ) dT ,
Для нагрева солнечной короны и поддержания ее
где R(T) — функция температурного отклика, ис-температуры постоянной за счет энергии нано следуемого спектрального канала телескопа. Даннаявспышек необходимо, чтобы мощность их энерго связь используется для реконструкции ДМЭ повыделения была порядка 6·1027 эрг/с [Богачёв и др.,
набору наблюдаемых интенсивностей спектральных2020]. Таким образом, встает вопрос о достаточ каналов телескопа. На текущий момент существуетной частоте возникновения нановспышек. В работе
большой выбор различных методик и алгоритмов,[Hudson, 1991] было показано, что распределение
позволяющих вычислить ДМЭ наблюдаемой плазмычастоты вспышечных событий по энергии в диапа (см, например, [Massa et al., 2023] для сравнениязоне 1027–1033 эрг хорошо описывается степенной
различных алгоритмов).зависимостью N(E)=AE–α, где A — некоторый нор Из этого следует, что ДМЭ является важной ха-мировочный коэффициент; α≈1.8 — наклон спектра.
рактеристикой наблюдаемой плазмы, с помощью ко-Эта зависимость может быть продлена в область
торой для исследуемого объема можно отыскатьболее низких энергий. Для подобного степенного
температурное распределение, усредненную темпе-распределения нетрудно показать, что при α>2 ин ратуру и связанную с ней тепловую энергию. Однако,тегральная энергия вспышек возрастает при движе несмотря на этот факт, вычислению ДМЭ нановспы-нии к низким энергиям. Таким образом, точное зна шек не уделяется отдельного внимания в современ-ние величины показателя распределения α способно
ных исследованиях. Зачастую само вычисление ДМЭпролить свет на вклад нановспышечных событий
носит промежуточный характер и используется дляв общий энергетический бюджет солнечной короны.
дальнейшего расчета термодинамических парамет-В настоящий момент разные авторы дают оценки
ров плазмы. Лишь в некоторых работах приводитсяпараметра α, находящиеся в диапазоне 1.3–2.8 (см.
ДМЭ одиночных событий [Chitta et al., 2021]. В то жетабл. 1). Подобный разброс, вероятнее всего, связан
время, например для корональных дыр, существуютс расхождением методик определения как самих
статистические исследования ДМЭ [Heinemann et al.,нановспышек, так и их энергетики.
2021], целью которых служит определение некой В последних работах, посвященных исследованию
типичной ДМЭ по большому набору наблюдаемыхнановспышек [Joulin et al., 2016; Purkhart, Veronig,
областей. Подобные статистические исследования,2022], для определения температуры событий и, сле на наш взгляд, имеют большее преимущество по срав-довательно, их тепловой энергии проводится восста нению с исследованием характеристик одиночныхновление из наблюдательных данных дифференциаль событий, особенно с учетом того, что нановспышкиной меры эмиссии (ДМЭ) плазмы ξ(T):
происходят намного чаще обыкновенных вспышек.
dM С другой стороны, небольшие размеры нановспышек , ξ ( T ) =
dT по сравнению с обычными вспышками затрудняют
5
Дифференциальная мера эмиссии солнечных нановспышек Differential emission measure of solar nanoflares
Таблица 1
Значения в порядке возрастания показателя степени энергетического распределения нановспышек α, полученные
разными авторами
Параметр α Наблюдаемые длины волн, Å Источник
1.35±0.20 195 Berghmans et al., 1998
1.65±0.20 131, 171, 193, 211, 335 Joulin et al., 2016
1.79±0.08 171, 195 Aschwanden et al., 2000
1.81±0.10 195 Aschwanden, Parnel, 2002
1.86±0.07 171 Aschwanden, Parnel, 2002
1.9±0.1 304 Berghmans et al., 1998
2.28±0.03 94, 131, 171, 193, 211, 335 Purkhart, Veronig, 2022
2.3±0.1 171, 195 Benz, Krucker, 2002
2.54 171, 195 Krucker, Benz, 1998
2.81±0.52 171 Ulyanov, 2019
точное определение ДМЭ и ее характера, поскольку В нашем исследовании используются данные
нановспышки видны не во всех каналах, что приво- по интенсивности крайнего ультрафиолетового излудит либо к добавлению шума, либо к потере инфор- чения, получаемые с помощью прибора Atmospheric
мации на входе алгоритмов оценки ДМЭ. Большая Imaging Assembly (AIA), находящегося на борту
частота нановспышек вносит ограничение на ис- космического аппарата Solar Dynamics Observatory
пользуемый алгоритм, поскольку методы оценки (SDO) [Lemen et al., 2012]. AIA представляет собой
ДМЭ требуют большого объема вычислений. На ис- массив из четырех телескопов, работающих в ВУФ,
следование крупного ансамбля нановспышек может УФ и видимых диапазонах, позволяющий полупотребоваться много времени. чать полные изображения диска Солнца размером
В работе рассматривается применение метода 4096×4096 пкс с пространственным и временным
SITES для оценки ДМЭ нановспышек, проводится разрешением 0.6′′ и 12 с соответственно.
статистическое исследование ДМЭ нановспышек При рассмотрении данных AIA для анализа нас целью установления особенностей данного рас- новспышек мы ограничились следующим набором
пределения и получения представления о типичной ВУФ каналов: 131, 171, 193 и 211 Å. Этот выбор
ДМЭ одиночной нановспышки. продиктован тем, что такое сочетание позволяет
Работа построена следующим образом: в разделе 1 зафиксировать наибольшее число нановспышек без
мы исследуем современные возможности регистра- необходимости привлечения дополнительных спекции нановспышек с помощью метода SITES; в раз- тральных диапазонов [Belov et al., 2023]. Кроме того,
деле 2 применяем метод SITES к ранее найденному мы полагаем, что канал 304 Å несет информацию
нами массиву нановспышек и вычисляем их ДМЭ; о более холодных и глубоких слоях солнечной атраздел 3 содержит результаты исследования и выводы. мосферы, а каналы 94 и 335 Å имеют высокий уро вень шума, что может негативно сказаться на точ 1. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ности вычисления ДМЭ по указанным каналам.
Мы предполагаем, что из-за меньшей энергетики SITES
нановспышек по сравнению с обычными вспышками
Рассматриваемый метод SITES [Morgan, Pickering, ДМЭ нановспышек имеет более простую зависи2019] в отличие от популярного метода регуляриза- мость от температуры. В частности, это различие
ции [Hannah, Kontar, 2012] не восстанавливает ДМЭ может заключаться в том, что не наблюдается низкокак результат решения задачи минимизации регуля- и высокотемпературных горбов в ДМЭ нановспыризованного функционала ошибки, а строит ДМЭ шек, что обусловлено соответственно отсутствием
итерационно на основе начального приближения, хромосферного отклика на слабое событие и отнозаданного явно с помощью функций отклика ис- сительно небольшой энергией ускоренных электропользуемого телескопа в различных каналах. При нов. По этой причине для оценки качества работы
этом в процессе построения для каждого рассматри- алгоритма в качестве тестовых моделей истинной
ваемого температурного интервала учитывается ДМЭ нановспышек мы использовали одно- и двухотносительный вклад каждого канала по сравнению температурные приближения, параметры которых
со вкладами остальных каналов. SITES привлек указаны в табл. 2 и 3 соответственно совместно с панаше внимание по нескольким причинам. В первую раметрами используемого алгоритма.
очередь, авторы метода заявляют о значительной На рис. 1 показано сравнение средней темперавычислительной скорости данного алгоритма, что туры, полученной по восстановленной ДМЭ с помоявляется критичным параметром при исследовании щью SITES (см. параметры в табл. 2) со средней
большого ансамбля нановспышек. Кроме того, дан- температурой, определяемой модельной однотемпераный алгоритм имеет ясную концепцию и достаточно турной ДМЭ. Как видно из тепловой карты на верхней
прост в реализации. SITES реализован нами на языке панели рис. 1, метод позволяет определить с точноPython и применяется для построения ДМЭ нано- стью менее 10 % среднюю температуру для одновспышек впервые. пиковой гауссовой ДМЭ с ТМАХ в окрестности 1 МK
6
С.А. Белов, Л.С. Леденцов, Д.И. Завершинский, С.А. Богачёв S.A. Belov, L.S. Ledentsov, D.I. Zavershinskii, S.A. Bogachev
Таблица 2
Параметры алгоритма и тестовой задачи для одиночной гауссовой кривой
Параметры алгоритма Параметры теста
T − TMAX 2 Минимальная температура 0.2 МК Форма тестовой ДМЭ A exp − σ
Максимальная температура 5 МК Амплитуда A 1.4·1021 см–5K–1
Число бинов 31 Положение максимума TMAX 0.5–4.0 МK
Точность 5% Шаг варьирования TMAX 0.01 МK
Максимальное количество
300 Ширина профиля σ 0.1–1.0 МK итераций
Используемые каналы 131, 171, 193, 211 Å Шаг варьирования σ 0.01 МK
Таблица 3
Параметры тестовой задачи для двойной гауссовой кривой
T − Tcold 2 T − Thot 2 − − Форма тестовой ДМЭ A exp + exp σ σ
Амплитуда A 1.4·1021 см–5K–1
Положение холодного максимума Tcold 0.5–2.0 МK
Шаг варьирования Tcold 0.01 МK
Положение горячего максимума Thot (0.5+σ)–4.0 МK
Шаг варьирования Thot 0.01 МK
Ширина профиля σ 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 МK
Рис. 1. Оценка средней температуры плазмы для тестовой гауссовой ДМЭ. Верхняя панель: относительная ошибка
определения средней температуры для различных параметров тестовой ДМЭ. Темные участки соответствуют малым значениям ошибки, красный и желтый цвета — областям с большими ошибками. Нижние панели: зависимость оцененной
средней температуры от средней температуры тестовой ДМЭ; зеленым показана область с погрешностью менее 10 %
7
Дифференциальная мера эмиссии солнечных нановспышек Differential emission measure of solar nanoflares
Рис. 2. Оценка положения максимума ДМЭ для тестовой гауссовой ДМЭ. Обозначения те же, что на рис. 1
и σ в диапазоне 0.1–0.5 МK, а также для ТМАХ
i − DEM iв окрестности 3.25 МK и σ во всем рассматриваемом 1 N DEMдиапазоне. sMAPE = ∑ 100 %, N i = 0 DEM i + DEM i На рис. 2 показаны относительные ошибки в определении температурного максимума ДМЭ. В данном где DEM — восстановленная ДМЭ; DEM — тестослучае положение максимума ДМЭ определяется вая ДМЭ. Видно, что, несмотря на высокую корредостаточно точно на интервале ТМАХ 1–3 МK прак- ляцию восстановленного и тестового профилей в шитически для всего исследуемого диапазона ширин роком диапазоне положений пиков Tcold и Thot,
тестовой ДМЭ. Этот вывод подтверждается также ошибка при восстановлении, оцениваемая с помонижними панелями, на которых показана зависи- щью sMAPE, достаточно велика, чтобы можно было
мость оценки максимума ДМЭ от положения мак- говорить об удовлетворительном восстановлении
симума тестовой ДМЭ. профиля ДМЭ при данных параметрах алгоритма
Тем не менее, профиль ДМЭ реальных нано- и тестовой задачи. На рис. 5 показано сравнение тестовспышек может иметь более сложную форму, чем вого и восстановленного температурных профилей
функция Гаусса. Для того чтобы оценить, насколько ДМЭ для некоторых избранных параметров. Можно
хорошо используемый алгоритм способен восстано- заключить, что алгоритму удается распознавать вывить более сложную форму распределения, мы про- сокотемпературный пик при условии, что он наховели ряд тестов для двухтемпературной ДМЭ, пред- дится примерно на 2.5 МK, что совпадает с областавляющей собой сумму двух гауссовых функций. стью, в которой канал 211 Å дает наибольший вклад
Параметры алгоритма оставались прежними. В табл. 3 в оценку ДМЭ. При больших температурах отклики
показаны параметры тестовой ДМЭ. каналов ослабевают, что препятствует обнаружению
На рис. 3 и 4 показана корреляция Пирсона более горячих пиков. Если же горячий пик <2.0 МK,
между тестовым и восстановленным профилями то, по всей видимости, из-за подавляющего влияДМЭ и метрики sMAPE, используемой для оценки ния канала 171 Å второй пик не удается идентифисоответствия между двумя кривыми и рассчитывае- цировать. Таким образом, для рассматриваемого
мой по формуле набора каналов и выбранного температурного диапа 8
С.А. Белов, Л.С. Леденцов, Д.И. Завершинский, С.А. Богачёв S.A. Belov, L.S. Ledentsov, D.I. Zavershinskii, S.A. Bogachev
Рис. 3. Корреляция между тестовой двойной гауссовой ДМЭ и оцененной ДМЭ для различных параметров тестовой ДМЭ
зона не представляется возможным достоверно об- включая нановспышки. В следующем разделе мы
наружить двухпиковую структуру ДМЭ для реаль- проверяем данное предположение на конкретных
ных нановспышек, если таковая имеется. Следует событиях.
отметить, что сам алгоритм способен с достаточной
точностью восстанавливать двухпиковую структуру 2. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА SITES
ДМЭ с более горячими пиками, чем были рассмотрены здесь [Morgan, Pickering, 2019]. По итогам данной Из проведенного тестирования можно заключить,
части исследования можно сделать предварительный что использование SITES для оценки ДМЭ нанотеоретический вывод о возможности применения ме- вспышек по каналам 131, 171, 193, 211 Å является
тода SITES для восстановления ДМЭ слабых вспышек, однопиковым приближением к реальной ДМЭ нано 9
Дифференциальная мера эмиссии солнечных нановспышек Differential emission measure of solar nanoflares Рис. 4. Метрика sMAPE между тестовой двойной гауссовой ДМЭ и оцененной ДМЭ для различных параметров тестовой ДМЭ. Контурными линиями показан коэффициент корреляции вспышек. Чтобы оценить данное распределение, мы мощью SITES были посчитаны ДМЭ в пике и начале использовали 58855 найденных нами в работе событий, а затем отброшены нановспышки, точность [Belov et al., 2023] событий независимо в каждом определения ДМЭ которых составляла >5 %, что из рассматриваемых каналов для временного про- привело к потере ~16 % данных. межутка 12:00–13:00 UT 20 мая 2019 г. в двух пря- Для пиков рассматриваемых нановспышек по оцемоугольных областях размерами 600×1200 пкс, ненному ДМЭ мы рассчитали средние температуры находящихся в северном и южном полушариях событий и построили их распределение по темпераСолнца. Для каждого из найденных событий с по- туре (рис. 6). Данное распределение хорошо аппрок 10
Доступ онлайн
от 308 ₽
В корзину