Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences67244710.31857/S0023420624020045kzjhopArticlesСтатьиResearch ArticleПотоки солнечных энергичных протонов в околоземном пространстве 13–23 марта 2023 годаПотоки солнечных энергичных протонов в околоземном пространстве 13–23 марта 2023 годаВласоваН. А.
Russian Federation
nav19iv@gmail.comБазилевскаяГ. А.
Russian Federation
nav19iv@gmail.comГинзбургЕ. А.
Russian Federation
nav19iv@gmail.comДайбогЕ. И.
Russian Federation
nav19iv@gmail.comКалегаевВ. В.
Russian Federation
nav19iv@gmail.comКапорцеваК. Б.
Russian Federation
nav19iv@gmail.comЛогачевЮ. И.
Russian Federation
nav19iv@gmail.comМягковаИ. Н.
Russian Federation
nav19iv@gmail.comНаучно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына, Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваФизический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наукИнститут прикладной геофизики имени академика Е.К. ФедороваНаучно-­исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына, Московский государственный университет имени М. В. ЛомоносоваНаучно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. СкобельцынаМосковский государственный университет имени М. В. Ломоносова31072024622Космические исследования17718727022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/672447

Представлены результаты исследования потоков солнечных протонов с энергией больше 5 МэВ в околоземном космическом пространстве 13–23.III.2023. Особенностями исследуемого периода являются отсутствие наблюдаемой солнечной вспышки, с которой можно ассоциировать начало события, нехарактерный временной профиль потоков протонов, а также большая длительность существования потоков солнечных протонов в околоземном пространстве. Предпринята попытка объяснить источники наблюдаемых вариаций потоков частиц и понять, что происходило на Солнце и в окружающем Землю пространстве. Источником солнечных протонов 13.III.2023 был взрывной процесс на обратной от Земли стороне Солнца, зарегистрированный как корональный выброс массы очень большой мощности. Причиной длительного и сложного временного профиля солнечных протонов был вклад процессов ускорения частиц на Солнце и в межпланетной среде, а также модуляция потоков частиц структурами межпланетного магнитного поля. Предложен возможный сценарий, объясняющий существование повышенных потоков солнечных частиц 15–23.III.2023: формирование гелиосферной структуры – замкнутой области-­ловушки, образованной двумя межпланетными корональными выбросами массы и областями взаимодействия высокоскоростных и медленных потоков солнечного ветра. В работе использованы экспериментальные данные, полученные с космического аппарата Solar Orbiter и с космических аппаратов, расположенных вблизи точки L1 системы Земля – Солнце (ACE и DSCOVR) и на геостационарной орбите (GOES-16).

Представлены результаты исследования потоков солнечных протонов с энергией больше 5 МэВ в околоземном космическом пространстве 13–23.III.2023. Особенностями исследуемого периода являются отсутствие наблюдаемой солнечной вспышки, с которой можно ассоциировать начало события, нехарактерный временной профиль потоков протонов, а также большая длительность существования потоков солнечных протонов в околоземном пространстве. Предпринята попытка объяснить источники наблюдаемых вариаций потоков частиц и понять, что происходило на Солнце и в окружающем Землю пространстве. Источником солнечных протонов 13.III.2023 был взрывной процесс на обратной от Земли стороне Солнца, зарегистрированный как корональный выброс массы очень большой мощности. Причиной длительного и сложного временного профиля солнечных протонов был вклад процессов ускорения частиц на Солнце и в межпланетной среде, а также модуляция потоков частиц структурами межпланетного магнитного поля. Предложен возможный сценарий, объясняющий существование повышенных потоков солнечных частиц 15–23.III.2023: формирование гелиосферной структуры – замкнутой области-­ловушки, образованной двумя межпланетными корональными выбросами массы и областями взаимодействия высокоскоростных и медленных потоков солнечного ветра. В работе использованы экспериментальные данные, полученные с космического аппарата Solar Orbiter и с космических аппаратов, расположенных вблизи точки L1 системы Земля – Солнце (ACE и DSCOVR) и на геостационарной орбите (GOES-16).

Национальный центр физики и математикиNational Center for Physics and MathematicsMeyer P., Parker E. N., Simson J. A. Solar Cosmic Rays of February, 1956 and Their Propagation through Interplanetary Space // Physical Review. 1956. V. 104. Iss. 3. P. 768–783. https://doi.org/10.1103/PhysRev.104.768Reames D. V. Solar energetic particles: A paradigm shift // Reviews of Geophysics, Supplement. 1995. P. 585–589. https://doi.org/10.1029/95RG00188Bazilevskaya G. A. Once again about origin of the solar cosmic rays // J. Physics: Conf. Series. 2017. V. 798. Art. ID. 012034. https://doi.org/10.1088/1742-6596/798/1/012034Klein K.-L., Dalla S. Acceleration and Propagation of Solar Energetic Particles // Space Science Reviews. 2017. V. 212. P. 1107–1136. https://doi.org/10.1007/s11214-017-0382-4Struminsky A. B., Grigorieva I. Yu., Logachev Yu.I., Sadovski A. M. Two Phases of Solar Flares and a Stochastic Mechanism for Acceleration of Electrons and Protons // Astrophysics. 2020. V. 63. P. 388–398. https://doi.org/10.1007/s10511-020-09643-2Reames D. V. The two sources of solar energetic particles // Space Science Reviews. 2013. V. 175. P. 53–92. https://doi.org/10.1007/s11214-013-9958-9Reid G. C. A diffusive model for the initial phase of a solar proton event // J. Geophys. Res. 1964. V. 69. Iss. 13. P. 2659–2667. https://doi.org/10.1029/JZ069i013p02659Axford W. I. Anisotropic diffusion of solar cosmic rays // Planetary and Space Science. 1965. V. 13. Iss. 12. P. 1301– 1309. https://doi.org/10.1016/0032-0633(65)90063-2Любимов Г. П. Отражательная модель движения СКЛ в петлевых ловушках // Астрономический циркуляр АН СССР. 1988. № 1531. С. 19–20.Любимов Г. П., Григоренко Е. Е. Об отражательной модели солнечных космических лучей // Косм. исслед. 2007. Т. 45. № 1. С. 12–19.Reinhard R., Wibberenz G. Propagation of Flare Protons in the Solar Atmosphere // Solar Physics. 1974. V. 36. Iss. 2. P. 473–494. https://doi.org/10.1007/BF00151216Bazilevskaya G. A., Vashenyuk E. V. Some Features of Coronal and Interplanetary Propagation of Solar Cosmic Rays of High Energy // Proc. 16th International Cosmic Ray Conference. 1979. V. 5. Art.ID. 156.Leske R. A., Christian E. R., Cohen C. M.S. et al. Observations of the 2019 April 4 Solar Energetic Particle Event at the Parker Solar Probe // Astrophysical J. Supplement Series. 2020. V. 246. Art. ID. 35. https://doi.org/10.3847/1538-4365/ab5712Frassati F., Laurenza M., Bemporad A. et al. Acceleration of Solar Energetic Particles through CME-driven Shock and Streamer Interaction // Astrophysical J. 2022. V. 926. Iss. 2. P. 227–246. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac460eZhang M., Cheng L., Zhang J. et al. A Data-driven, Physics-­based Transport Model of Solar Energetic Particles Accelerated by Coronal Mass Ejection Shocks Propagating through the Solar Coronal and Heliospheric Magnetic Fields // Astrophysical J. Supplement Series.2023. V. 266. Art. ID. 35. https://doi.org/10.3847/1538-4365/accb8eMalandraki O., Khabarova O., Bruno R. et al. Current sheets, magnetic islands, and associated particle acceleration in the solar wind as observed by Ulysses near the ecliptic plane // Astrophysical J. 2019. V. 881. Art. ID. 116. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab289aПаркер Е. Н. Динамические процессы в межпланетной среде. М.: МИР, 1965.Reames D. V. How Do Shock Waves Define the Space-­Time Structure of Gradual Solar Energetic Particle Events? // Space Science Reviews. 2023. V. 219. Art. ID. 14. https://doi.org/10.1007/s11214-023-00959-xЛогачев Ю. И., Базилевская Г. А., Власова Н. А. и др. Каталог солнечных протонных событий 24-го цикла солнечной активности (2009–2019 гг.). Москва: МЦД, 2022. https://doi.org/10.2205/ESDB-SAD-008Rodríguez-­Pacheco J., Wimmer-­Schweingruber R.F., Mason G. M. et al. The Energetic Particle Detector. Energetic particle instrument suite for the Solar Orbiter mission // Astronomy & Astrophysics. 2020. V. 642. Art. ID. A7. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201935287Григорьева И. Ю., Струминский А. Б. Формирование источника солнечных космических лучей в эруптивных вспышках Х6.9 9 августа 2011 года и М5.1 17 мая 2012 года // Астрономический журнал. 2022. Т. 99. № 6. С. 486–495.https://doi.org/10.31857/S0004629922060044Базилевская Г. А., Дайбог Е. И., Логачев Ю. И. Изолированные события солнечных космических лучей, обусловленные приходом быстрых штормовых частиц (ESP) // Геомагнетизм и аэрономия. 2023. Т. 63. № 4. С. 503–510. https://doi.org/10.31857/S0016794023600254Laitinen T., Kopp A., Eenberger F. et al. Solar energetic particle access to distant longitudes through turbulent field-line meandering // Astronomy & Astrophysics. 2016. V. 591. Art. ID. A18. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201527801Kumar B., Mathur S., García R. A., Venkatakrishnan P. On the flare induced high-frequency global waves in the Sun // Astrophysical J. Letters. 2010. V. 711. P. L12– L18.https://doi.org/10.1088/2041-8205/711/1/L12Rodríguez-­García L., Gómez-­Herrero R., Zouganelis I. et al. The unusual widespread solar energetic particle event on 2013 August 19 – Solar origin and particle longitudinal distribution // Astronomy & Astrophysics. 2021. V. 653. A137. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202039960Downs C., Warmuth A., Long D. M. et al. Validation of Global EUV Wave MHD Simulations and Observational Techniques // Astrophysical J. 2021. V. 911. P. 118–135.https://doi.org/10.3847/1538-4357/abea78Bryant D. A., Cline T. L., Desai U. D., McDonald F. B. Explorer 12 observations of solar cosmic rays and energetic storm particles after the solar flare of September 28, 1961 // J. Geophys. Res. 1962. V. 67. Iss. 13. P. 4983– 5000.https://doi.org/10.1029/JZ067i013p04983Дайбог Е. И., Кечкемети К., Лазутин Л. Л. и др. 27-дневная периодичность потоков юпитерианских электронов на орбите Земли // Астрономический журнал. 2017. Т. 94. № 12. С. 1062–1070. https://doi.org/10.7868/S0004629917120027Richardson I. G. Energetic particles and corotating interaction regions in the solar wind // Space Science Reviews. 2004. V. 111. P. 267–376. https://doi.org/10.1023/B: SPAC.0000032689.52830.3eReames D. V. Solar Energetic Particles. A Modern Primer on Understanding Sources, Acceleration and Propagation. Part of the book series: Lecture Notes in Physics. V. 932. 2017. https://doi.org/10.1007/978-3-319-50871-9Richardson I. G. Solar wind stream interaction regions throughout the heliosphere // Living Reviews in Solar Physics. 2018. V. 15. A1. https://doi.org/10.1007/s41116-017-0011-zBurlaga L., Berdichevsky D., Gopalswamy N. et al. Merged Interaction Regions at 1 AU // J. Geophys. Res. Space Physics. 2003. V. 108. Iss. A12. Art.ID. 1425.https://doi.org/10.1029/2003JA010088Wang Z., Guo J., Feng X. et al. The merging of two stream interaction regions within 1 au: the possible role of magnetic reconnection // The Astrophysical J. Letters. 2018. V. 869. Art. ID. L6. https://doi.org/10.3847/2041-8213/aaf398