Медленно меняющийся компонент или S-компонент

В радиодиапазоне над активными областями проявляются уярчения над флоккулами, порами и отдельными пятнами. Мощная активная область или несколько активных областей могут образовывать комплекс активности, пронизанный неоднородной структурой магнитного поля. Такая структура называется магнитосферой по аналогии с магнитосферой Земли. Измерения круговой поляризации этого излучения дают информацию о высотной структуре магнитосферы.

В течение цикла солнечной активности наблюдается изменение полного потока радиоизлучения примерно в два раза. Переменная составляющая обязана своим происхождением источникам радиоизлучения над большими группами солнечных пятен. Эти источники с повышенной электронной концентрацией удерживаются петлями сильного магнитного поля, удерживающего плазму. Электронная плотность внутри активных областей превышает 10⁹ см^–3, в то время как плотность окружающей плазмы ~10⁸ см^–3. Области повышенного радиоизлучения состоят из компактных источников над пятнами и диффузного образования над флоккулами, обрамляющие эти пятна. На более длинных волнах источники над комплексами активности становится слабее из-за увеличения поглощения верхними слоями короны с ростом  и из-за равенства электронных температур в короне и в активной области. Источники в радиодиапазоне перемещаются по диску Солнца быстрее, чем оптические пятна, из-за большей высоты последних над поверхностью Солнца (20–100 тысяч километров). Время существования отдельных источников достигает трех месяцев (то есть они могут наблюдаться в течение трех оборотов Солнца).

Рис.17.13. Изображение одиночного пятна в оптике и на частоте 4.5ГГц

Рис.17.14. Структура магнитных полей и радиоизлучающих слоев на различных частотах в активной области

a

b

Рис.17.15. Изображения активной области в различных диапазонах длин волн: радиодиапазон (4.5, 8, 15 ГГц), в белом свете (continuum), магнитное поле (magnetogram), в ультрафиолете на волне 195 ангстрем – а; cканы Солнца в неполяризованном (I) и поляризованном (V) излучении на волне 4.93 см, полученные на радиотелескопе РАТАН-600 - b

Угловые размеры активных областей - от одной до пяти угловых минут. Поляризация излучения диффузных образований слабая, механизм излучения чисто тепловой, обусловленный свободно-свободными переходами, яркостная температура доходит до 2-5×10⁶ K.

Компактные источники излучения (размером порядка угловой минуты) тесно связаны с пятнами. У них часто бывает значительная круговая поляризация радиоизлучения, что говорит о сильном магнитном поле, до 2000 Гс. Их существование и круговая поляризация обусловлены проникновением магнитного поля активной области в переходную область и корону Солнца. Спектр потока S – компонента, связанного с пятнами, имеет максимум в области между 5 и 10 см. На волнах короче 1-2 см спектр интенсивности, как правило, плоский и степень поляризации близка к нулю, что указывает на тепловой тормозной характер излучения. Излучение источников на более длинных волнах определяется циклотронным механизмом генерации радиоволн. Рост потока на коротких волнах с увеличением длины волны обусловлен перемещением гирорезонансных слоев, оптическая толщина которых больше единицы, в верхние слои переходной области, то есть в области с более высокой электронной температурой. Поляризация вызвана различием в коэффициентах поглощения для циркулярно-поляризованных обыкновенной и необыкновенной волн (необыкновенная поглощается сильнее). Это приводит к тому, что, например, на необыкновенной волне третий гирорезонансный уровень – непрозрачен, а на обыкновенной - прозрачен и излучение обыкновенной волны идет со второго гирорезонансного уровня, который расположен ближе к фотосфере и соответственно имеет более низкую электронную температуру. Поэтому знак поляризации источников S - компоненты всегда соответствует необыкновенной волне.

На рис.17.16 приведен пример расчета гирорезонансных слоев для дипольного магнитного поля и пространственной структуры радиоизлучения

Рис.17.16. Гирорезонансные слои для дипольного магнитного поля (верхний рисунок) и расчетная яркостная температура на частоте 5 ГГц (нижний рисунок). Диполь погружен на глубину 1.2 10⁹см по фотосферу, напряженность на фотосфере – 2500Гс. Температура увеличивается от хромосферных значений -10⁴К до корональных – 3 10⁶ на высоте 15000 км.

 

Структура спектров поляризованного излучения активных областей может иметь сложный вид. Так во вспышечно-продуктивных активных областях часто наблюдается инверсия знака поляризации в узком частотном диапазоне, что говорит о сложной структуре магнитного поля в активной области. На рис.17.17 приведен пример такой структуры, зарегистрированной на радиотелескопе РАТАН-600.

 

 

Рис.17.17. Инверсия знака поляризации в диапазоне от 2.67см до 3.21см по наблюдениям на радиотелескопе РАТАН-600.

 

Иногда радиоизлучение некоторых из источников S - компоненты связывают с нетепловыми механизмами генерации радиоволн. Это относится в первую очередь к источникам, расположенным над линией раздела полярностей магнитного поля на уровне фотосферы. Действительно, у них наблюдаются необычные спектры радиоизлучения (резкий рост интенсивности в коротковолновой части спектра и высокая максимальная яркостная температура), которые трудно объяснить в рамках тепловых механизмов генерации радиоволн. К таким источникам иногда относят и области, дающие повышенное излучение с немонотонным спектром в дециметровом диапазоне длин волн. В этом случае трудно предполагать наличие сильных магнитных полей и больших градиентов температуры высоко в короне Солнца, что и приводит к необходимости привлечения нетепловых механизмов генерации радиоволн.

Источники, радиоизлучение которых связано с пятнами и факелами, в основном, расположены вблизи экваториальной области Солнца. Но в последнее время были обнаружены факельные площадки вблизи полюсов Солнца, которые также дают повышенное радиоизлучение.

У источников S - компоненты наблюдается определенная динамика радиоизлучения с характерным временем изменения от нескольких минут до десятков минут. Такие флуктуации излучения связываются с колебательными процессами на уровне фотосферы (например, с широко известными 5-минутными колебаниями) или с собственными колебаниями корональных петель. Наблюдения КПК (квазипериодических колебаний) радиоизлучения Солнца ведутся уже более 40 лет. Однако эффективность метода для анализа фундаментальных процессов в физике Солнца существенно возросла в последнее десятилетие. Этому способствовали:

(1) наблюдения Солнца на крупных радиотелескопах;

(2) развитие методов математического анализа;

(3) модернизация диагностики параметров плазмы;

(4) создание обширных банков наблюдений Солнца.

Практически всем плазменным структурам солнечной атмосферы присущи КПК в их радио излучении. Периоды колебаний проявляются в широком интервале – от долей минуты до часов. В пределах одного источника обычно присутствует большой набор периодов, с разным уровнем добротности. В пределах одной активной области каждая компонента обладает своим спектром КПК. В ряде случаев наблюдаются плавные изменения периодов со временем. Длительные периоды (T> 1 часа) проявляют впечатляющую стабильность, говорящую об их принципиально другой природе.

КПК микроволнового излучения локальных деталей активных областей Солнца обусловлены макроскопическими резонансными системами МГД волн в солнечной плазме. Резонаторы могут иметь как местный структурный характер, так и быть обусловлены глобальными солнечными эффектами. Местные резонансные системы возможны как характерные структуры солнечной атмосферы, в частности, корональные петли, так и уходить вглубь, даже в подфотосферные слои. Они могут совпадать с областью, генерирующую радиоизлучения или только касаться её.

Возможны также резонансные фильтры пропускающие только некоторые частоты МГД колебаний из общего (скажем, конвективного) шума. Возможны, наконец, проявления колебаний отдельных плазменных структур, имеющих резонанс механических колебаний определённых периодов.

 

Рис.17.18. Пример динамического (вейвлет) спектра источника в головном пятне NOAA 9866, построенного по данным наблюдений на радиогелиографе в Нобеяма. Периоды: T~ 20-25м, 32-38м, 40-60м, 115-120м, 200м.

 

Источниками пониженного радиоизлучения являются области, связанные с факелами (с протуберанцами). Контраст их излучения по сравнению с областями спокойного Солнца в микроволновом диапазоне составляет величину не более 10%.