Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences67278910.31857/S0023420624060081IFTJRAArticlesСтатьиResearch ArticleТонкая структура короны по радионаблюдениям с высоким частотным разрешениемТонкая структура короны по радионаблюдениям с высоким частотным разрешениемЛебедевМ. К.
Russian Federation
m.k.lebedev@gmail.comБогодВ. М.
Russian Federation
m.k.lebedev@gmail.comОвчинниковаН. Е.
Russian Federation
m.k.lebedev@gmail.comСанкт-Петербургский филиал Специальной астрофизической обсерватории РАН1512202462664065427022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/672789

Наличие непрерывных процессов охлаждения и нагрева — важное условие, определяющее существование солнечной короны, для которой характерны температуры в несколько миллионов кельвинов. На эти процессы могут оказывать существенное влияние мелкомасштабные корональные образования, которые в значительной мере определяют тепловой баланс короны и возмущения солнечного ветра. Наблюдения поляризованного излучения с высокой чувствительностью позволяют оценить сложную структуру магнитных полей, которые накапливают энергию, необходимую для возбуждения корональных эруптивных явлений, всплесков и вспышек. Однако на больших высотах корона становится оптически тонкой, и ее наблюдения представляют собой большую проблему, требующую использования инструментов с большой эффективной площадью. Многие исследователи отмечают, что область корональной магнитометрии является молодой и затратной для продвижения ввиду того, что экспериментальные наблюдения в оптических диапазонах ограничены низкой плотностью плазмы в короне, высокой температурой, а также недостаточной чувствительностью инструментария. В противоположность этому, в радиодиапазоне достижима более высокая чувствительность. В частности, диапазон 1–3 ГГц оптимален для регистрации весьма слабых корональных структур зарождающей активности, несмотря на ограничения по пространственному разрешению. Для организации радионаблюдений короны на крупном радиотелескопе рефлекторного типа РАТАН-600 был создан широкодиапазонный спектрометр в диапазоне 1–3 ГГц. Он имеет сплошное перекрытие всего диапазона с предельными частотным и временным разрешениями при высокой чувствительности по потоку излучения. В работе приводятся результаты первых серий наблюдений слабых корональных структур, обсуждается их интерпретация по воздействию на тепловые процессы в короне.

Наличие непрерывных процессов охлаждения и нагрева — важное условие, определяющее существование солнечной короны, для которой характерны температуры в несколько миллионов кельвинов. На эти процессы могут оказывать существенное влияние мелкомасштабные корональные образования, которые в значительной мере определяют тепловой баланс короны и возмущения солнечного ветра. Наблюдения поляризованного излучения с высокой чувствительностью позволяют оценить сложную структуру магнитных полей, которые накапливают энергию, необходимую для возбуждения корональных эруптивных явлений, всплесков и вспышек. Однако на больших высотах корона становится оптически тонкой, и ее наблюдения представляют собой большую проблему, требующую использования инструментов с большой эффективной площадью. Многие исследователи отмечают, что область корональной магнитометрии является молодой и затратной для продвижения ввиду того, что экспериментальные наблюдения в оптических диапазонах ограничены низкой плотностью плазмы в короне, высокой температурой, а также недостаточной чувствительностью инструментария. В противоположность этому, в радиодиапазоне достижима более высокая чувствительность. В частности, диапазон 1–3 ГГц оптимален для регистрации весьма слабых корональных структур зарождающей активности, несмотря на ограничения по пространственному разрешению. Для организации радионаблюдений короны на крупном радиотелескопе рефлекторного типа РАТАН-600 был создан широкодиапазонный спектрометр в диапазоне 1–3 ГГц. Он имеет сплошное перекрытие всего диапазона с предельными частотным и временным разрешениями при высокой чувствительности по потоку излучения. В работе приводятся результаты первых серий наблюдений слабых корональных структур, обсуждается их интерпретация по воздействию на тепловые процессы в короне.

Министерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian FederationMészárosová H., Karlický M., Sawant H. S. et al. Solar decametric type III bursts in semi-closed magnetic field structures // Astron. Astrophys. 2008. V. 484. Iss. 2. P. 529–536. DOI:10.1051/0004-6361:20077634.Isliker H., Benz A.O. Catalogue of 1-3 GHz solar flare radio emission, GHz solar flare radio emission // Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 1994. V. 104. P. 145–160.Gary D. E., Bin Chen, Dennis B. R. Microwave and hard X-ray observations of the 2017 September 10 solar limb flare // Astrophys. J. 2018. V. 863. Iss. 1. DOI:10.3847/1538-4357/aad0efБогод В.М. Радиоастрономический метод исследования солнечной короны // в монографии: Плазменная гелиогеофизика. В 2 т. Т. I. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008.Алтынцев А. Т., Лесовой С. В., Глоба М. В. и др. Многоволновый Сибирский радиогелиограф // Солнечно-земная физика. 2020. Т. 6. № 2. С. 37–50. DOI:10.12737/szf-62202003Zhang P., Zucca P., Sridhar S. S. et al. Interferometric imaging with LOFAR remote baselines of the fine structures of a solar type-IIIb radio burst // Astron. Astrophys. 2020. V. 639. Art.ID. A115. DOI:10.1051/0004-6361/202037733The Radioheliograph Group. The Mark IV Nançay radioheliograph. Sol. Phys. 1989. V. 120. P. 193–204. DOI:10.1007/BF00148543Sawant H.S., Fernandes F.C.R., Neri, J.A.C.F. et al. Southern hemisphere solar radio heliograph Brazilian Decimetric Array (BDA) // Proc. 10th European Solar Physics Meeting. Prague, Czech Republic. ESA SP-506. 2002. V. 2.Yan Y., Zhang J., Chen Z. et al. Progress on Chinese Spectral Radioheliograph—CSRH construction // Proc. XXX URSI General Assembly and Scientific Symposium. Istanbul, Turkey. IEEE. 2011. DOI:10.1109/URSIGASS.2011.6051218.Gelfreikh G.B. Coronal magnetic field measurements through bremsstrahlung emission // Solar and Space Weather Radiophysics / ed. D.E. Gary & C.U. Keller. Boston: Kluwer Academic Publishers, 2004. DOI:10.1007/1-4020-2814-8_6.Goddard C.R., Nisticò G., Nakariakov V.M. et al. Observation of quasi-periodic solar radio bursts associated with propagating fast-mode waves // Astron. Astrophys. V. 594. Iss. A96. DOI: 10.1051/0004-6361/201628478.Brueckner G.E., Bartoe, J.-D.F. Observations of high-energy jets in the corona above the quiet sun, the heating of the corona, and the acceleration of the solar wind // Astrophys. J. 1983. V. 272. P. 329–348. DOI:10.1086/161297.Bogod V.M., Yasnov L.V. Detection of prolonged, extremely faint decimeter bursts on the Sun // Astronomy Reports 2001. V. 45. Iss. 8. P. 643–651Bogod V.M., Mercier C., Yasnov L.V. About the nature of long-term microflare energy release in the solar active regions // Journal of Geophysical Research. 2001. V. 106. Iss. A11. P. 25353–25360. DOI:10.1029/2000JA004013.Bogod V.M., Yasnov L.V. The nature of decimeter-wave microburst emission // Astronomy Reports. 2005. V. 49. Iss. 2. P. 144–154. DOI:10.1134/1.1862361.Богод В.М., Лебедев М.К., Овчинникова Н.Е. и др. О новой концепции спектральной радиометрии на РАТАН-600 // Изв. Крымской астрофиз. обс. 2023. Т. 119. № 4. С. 17–26. DOI:10.34898/izcrao-vol119-iss4-pp17-26.DeWijn A.G., Casini R., Carlile A. et al. The visible spectro-polarimeter of the Daniel K. Inouye Solar Telescope // Solar Phys. 2022. V. 297. Art.ID. 22. DOI:10.1007/s11207-022-01954-1.Scharmer G.B., Bjelksjo K., Korhonen T.K. et al. The 1-meter Swedish solar telescope // in: SPIE Conf. Series. 2003. V. 4853. Art.ID. 341. DOI:10.1117/12.460377.Goode P.R., Wenda Cao. The 1.6 m off-axis New Solar Telescope (NST) in Big Bear // Ground-based and airborne telescopes VI. Proc. the SPIE. V. 8444. Art. ID. 844403. DOI:10.1117/12.925494.Ogawara Y., Acton L.W., Bentley R.D. et al. The status of YOHKOH in orbit — an introduction to the initial scientific results // Publ. Astron. Soc. of Japan. 1992. V. 44. P. L41–L44. DOI:10.1016/0021-9169(94)00137-D.Domingo V., Fleck B., Poland A.I. The SOHO mission: An overview // Sol Phys. 1995. V. 162. P. 1–37. DOI:10.1007/BF00733425.Kaiser M.L. The STEREO mission: an overview // Advances in Space Research. 2004. V. 36. Iss. 8. P. 1483–1488. DOI:10.1016/j.asr.2004.12.066.Lites B.W., Akin D.L., Card G et al. The Hinode spectro-polarimeter // Solar Phys. 2013. V. 283. P. 579–599. DOI:10.1007/s11207-012-0206-3.Pesnell W.D., Thompson B.J., Chamberlin P.C. The Solar Dynamics Observatory (SDO) // Solar Phys. 2012. V. 275. P. 3–157. DOI:10.1007/s11207-011-9841-3.Kaltman T.I., Stupishin A.G., Anfinogentov S.A. et al. Hot jets in the solar corona: creating a catalogue of events based on multi-instrumental observations // Geomagnetism and Aeronomy. 2021. V. 61. Iss. 7. P. 1083–1091. DOI:10.1134/S0016793221070070.Raouafi N.E., Patsourakos S., Pariat E. et al. Solar coronal jets: observations, theory, and modeling // Space Sci. Rev. 2016. V. 201. P. 1–53. DOI:10.1007/s11214-016-0260-5.Kolotkov D.Y., Zavershinskii D.I., Nakariakov V.M. The solar corona as an active medium for magnetoacoustic waves // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2021. V. 63. Iss. 12. Art. ID. 124008. DOI:10.1088/1361-6587/ac36a5.Anfinogentov S., Kaltman T. Stupishin A. et al. Diagnostics of plasma jets in the solar corona // Solar-Terrestrial Physics. 2021. V. 7. Iss. 2. P. 3–10. DOI:10.12737/szf-72202101.Nakariakov V.M., Anfinogentov S., Storozhenko A.A. et al. Quasi-periodic pulsations in a solar microflare // Astrophys. J. 2018. V. 859. Iss. 2. Art.ID. 154. DOI:10.3847/1538-4357/aabfb9.Parker E.N. Nanoflares and the solar X-Ray corona // Astrophys. J. 1988 V. 330. P. 474–479. DOI:10.1086/166485.Богачёв С.А., Ерхова Н.Ф. Измерение энергетического распределения нановспышек малой мощности // Солнечно-земная физика. 2023. Т. 9. № 1. С. 3–9. DOI:10.12737/szf-91202301.Yasnov L.V., Bogod V.M., Gofman A.A. et al. Spectrum and physical conditions in microflare generation regions at decimeter-wave frequencies // Astrophys. Bull. V. 72. Iss. 1. P. 58–66. DOI:10.1134/S1990341317030075.Богод В.М., Лебедев М.К., Овчинникова Н.Е. и др. Спектрорадиометрия солнечной короны на РАТАН-600 // Косм. исслед. 2023. Т. 61. № 1. С. 1–7. DOI:10.31857/S0023420623010016.Рипак А.М., Богод В.М., Гренков С.А. и др. Помехоустойчивый радиометр дециметрового диапазона для радиотелескопа РАТАН-600 // Астрофизический бюллетень. 2023. Т. 78. № 4. С. 657–669.Lebedev M., Ripak A., Bogod V. High-speed spectroradiometry using a statistical method of RFI suppression for radio observations with RATAN-600 // Ground-based astronomy in Russia: 21 century. Proc. All-Russian Conference. Nizhny Arkhyz, Russia. 2020. DOI:10.26119/978-5-6045062-0-2_2020_413.Lebedev M.K., Ovchinnikova N.E., Bogod V.M. et al. Digital methods of RFI mitigation in radio astronomy // Proc. The Multifaceted Universe: Theory and Observations. 2022. Nizhny Arkhyz, Russia. DOI:10.22323/1.425.0006.Ovchinnikova N.E., Lebedev M.K., Bogod V.M. et al. Results of a new approach to the analysis of multi-wavelength observations data obtained with RATAN-600 // Proc. The Multifaceted Universe: Theory and Observations. 2022. Nizhny Arkhyz, Russia. DOI:10.22323/1.425.0007.Bogod V., Lebedev M., Ovchinnikova N. et al. Detection of absorption in the decimeter radio emission of solar corona // Proc. The Multifaceted Universe: Theory and Observations. 2022. Nizhny Arkhyz, Russia. DOI:10.22323/1.425.0005.Богод В.М., Корольков Д.В. Обнаружение хромосферной сетки в сантиметровом диапазоне волн // Письма в АЖ. 1975. Т. 1 № 10. С. 25–27.Bogod V.M., Garaimov V.I., Zheleznyakov V.V. et al. Cyclotron lines in the spectra of solar microwave radiation: RATAN-600 observations and their interpretation // Astron. zh. 2000. V. 77. Iss. 1. P. 1–8. DOI:10.1134/S0016793217070167.Дравских А.Ф., Дравских Ю.А. Рекомбинационные радиолинии на Солнце // Астрономический журнал. 2022. Т. 99. № 6. С. 496–505. DOI:10.31857/S0004629922060032.Есепкина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1983.Gary D.E., Hurford G J., Nita G.M. et al. The Expanded Owens Valley Solar Array (EOVSA) // Proc. American Astronomical Society Meeting #224. 2014.Tokhchukova S.Kh., Korzhavin A.N., Bogod V.M. et al. Computation of the horizontal size of the RATAN-600 beam pattern for the “Southern Sector with a Flat Reflector” mode with allowance for the parameters of primary feeds // Astrophys. Bull. 2014. V. 69. Iss. 3. P. 356–367. DOI:10.1134/S1990341314030110.Дребущак Т.Н. Введение в хемометрику. Новосибирск: НГУ, 2013.Померанцев А. Метод главных компонент (PCA). Российское хемометрическое общество, 2008.Heyer M.H., Schloerb F.P. Application of principal component analysis to large-scale spectral line imaging studies of the interstellar medium // Astrophys. J. 1997. V. 475. Iss. 1. P. 173–187. DOI:10.1086/303514.Стороженко А.А., Богод В.М., Лебедев М.К. и др. Система автоматического управления приемным зеркалом РАТАН-600 для режима слежения // сб. тр. XXV Всероссийская ежегодная конференция “Солнечная и солнечно-земная физика — 2021”. Санкт-Петербург, Россия. 2021. DOI: 10.31725/0552-5829-2021-249-252.White S.M. Radio Measurements of Coronal Magnetic Fields // Proc. Int. Conf. on Chromospheric and Coronal Magnetic Fields (ESA SP-596). Katlenburg-Lindau, Germany. ESA Publications Division, 2005.Gary D.E., Hurford G.J. Solar Radio Burst Spectral Observations, Particle Acceleration, and Wave-Particle Interactions // Geophysical Monograph Series. Washington D.C.: American Geophysical Union, 2013. P. 237–246. DOI:10.1029/GM054p0237.Alissandrakis C.E., Kundu M.R. Observations of ring structure in a sunspot associated source at 6 centimeter wavelength // Astrophysical J. 1982. V. 253. Art.ID. L49. DOI:10.1086/183734.White S.M., Kundu M.R., Gopalswamy N. Strong magnetic fields and inhomogeneity in the solar corona // Astrophysical J. 1991. V. 366. Art.ID. L43. DOI:10.1086/185905.Zlotnik E.Ya., Kundu M.R., White S.M. A model of the atmosphere above a sunspot from radio observations // Radiophys Quantum Electron. 1996. V. 39. Iss. 3. P. 255–267. DOI:10.1007/BF02144449.Bezrukov D., Ryabov B., Peterova N. et al. Sharp Changes in the Ordinary Mode Microwave Emission from a Stable Sunspot: Model Analysis // Latvian J. Physics and Technical Sciences. 2011. V. 48. Iss. 2. P. 56–69. DOI:10.2478/v10047-011-0016-7.Vrublevskis A., Ryabov B.I., White S.M. Reduced Microwave Brightness Temperature in a Sunspot Atmosphere Due to Open Magnetic Fields // Sol. Phys. 2021. V. 296. Iss. 10. Art.ID. 144. DOI:10.1007/s11207-021-01891-5.Antolin P. Thermal instability and non-equilibrium in solar coronal loops: from coronal rain to long-period intensity pulsations // Plasma phys. control. fusion. 2020. V. 62. Art. ID. 014016. DOI:10.1088/1361-6587/ab5406.Khersonskii V.K., Varshalovich D.A. The possibility of observing recombination lines in solar radiation // Soviet Astronomy. 1980. V. 24. P. 359–360.