Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences67245110.31857/S0023420624020052kzclxbArticlesСтатьиResearch ArticleИсточники солнечных протонов в событиях 24–25 февраля и 16–17 июля 2023 годаИсточники солнечных протонов в событиях 24–25 февраля и 16–17 июля 2023 годаСтруминскийА. Б.
Russian Federation
astruminsky@gmail.comСадовскийА. М.
Russian Federation
astruminsky@gmail.comГригорьеваИ. Ю.
Russian Federation
astruminsky@gmail.comИнститут космических исследований РАНГлавная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН31072024622Космические исследования18820027022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/672451

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).

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).

Институт космических исследований Российской академии наукInstitute of Space Research of the Russian Academy of SciencesГлавная (Пулковская) астрономическая обсерватория Российской академии наукThe Main (Pulkovo) Astronomical Observatory of the Russian Academy of SciencesPapaioannou 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/10.1051/0004-6361/202142855Mishev 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/s11207-022-02026-0Klein 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/10.1051/0004-6361/202243903Bazilevskaya 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/s11214-014-0084-0Струминский 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/S0367676523701818Григорьева 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: BVHXGSKlein 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/s11207-010-9540-5Струминский 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/S001679402105014XGrigor’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/S0016793221080090Струминский 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/S0367292120020134Miller 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/10.1029/97JA00976Altyntsev 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/ab380Лысенко 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.2019.06.038757Струминский А. Б., Садовский А. М., Григорьева И. Ю. Предсказание протонных событий по солнечным наблюдениям в реальном времени // Геомагнетизм и Аэрономия. 2023. (Принято в печать).Müller-­Mellin R., Kunow H., Fleißner V. et al. COSTEP – Comprehensive suprathermal and energetic particle analyse // Solar Physics. 1995. V. 162. Art.ID. 483.Aschwanden M. J. The localization of particle acceleration sites in solar flares and CMEs // Space Sci. Rev. 2006. V. 124. P. 361–372.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).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/universe6100161Zheleznykov V. V., Zaitsev V. V. The Origin of Type-­V Solar Radio Bursts // Soviet Astronomy. 1968. V. 12. Art.ID. 14.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/s11038-008-9282-7Chertok 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/stac2843Ишков 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/S0367676523701788Swalwell 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-yGarcia 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/10.1029/2003SW000001Belov 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.Белов А. В. Вспышки, выбросы, протонные события // Геомагнетизм и Аэрономия. 2017. Т. 57. № 6. С. 783–793. https://doi.org/10.7868/S0016794017060025Alberti 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/aa5cb8Kahler 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/2017025Núñez M. Predicting solar energetic proton events (E > 10 MeV) // Space Weather. 2011. V. 9. Art.ID. S07003. https://doi.org/10.1029/2010SW000640Núñez 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/10.1002/2015SW001256Núñez 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.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/ab6f6cKiplinger 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.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/747/1/66Черток 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.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: 2021.501.1273HЦап 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/S0320010823040058Григорьева 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