Процессы энерговыделения и излучения в частично ионизованной плазме атмосфер Солнца и звёзд

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-12-10448

НазваниеПроцессы энерговыделения и излучения в частично ионизованной плазме атмосфер Солнца и звёзд

Руководитель Степанов Александр Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-703 - Солнце и Солнечная система

Ключевые слова Солнце, звёзды, вспышки, хромосфера, корона, ускорение частиц, нагрев плазмы , МГД- неустойчивости, МГД-колебания и волны, ТГц-излучение

Код ГРНТИ41.21.19; 41.23.21; 41.23.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект посвящён исследованию процессов вспышечного энерговыделения и излучения в частично ионизованной плазме атмосфер Солнца и звёзд. Современные наблюдения вспышек на Солнце выявили важную роль фотосферы и хромосферы Солнца во вспышечных процессах. Установлено, что в ряде вспышек хромосферные основания корональных магнитных арок нагреваются in situ до корональных температур без участия ускоренных в короне частиц, а за гелиосейсмические возмущения ответственны электрические токи в фотосфере и хромосфере. Такие наблюдательные данные ставят исследователей перед необходимостью пересмотра «стандартной модели» солнечной вспышки, предполагающей первичное энерговыделение в короне и последующий нагрев хромосферы ускоренными в короне частицами. С учётом новых наблюдательных данных в проекте планируется создание усовершенствованных моделей не только солнечных вспышек но и вспышек на звёздах различных спектральных типов. Особое внимание в проекте будет уделено звёздам спектральных типов > М7, "ультра-холодным" звёздам и коричневым карликам с необычно высоким уровнем вспышечного радиоизлучения. Основная проблема в интенсивном радиоизлучении холодных звёзд заключается в неизвестном, но чрезвычайно эффективном механизме ускорения электронов в частично ионизованной атмосфере. Кроме проблемы вспышечного энерговыделения в частично ионизованных звёздных атмосферах существует нерешённая проблема нагрева звёздных корон. Среди различных механизмов нагрева корон особое место занимает нагрев магнитогидродинамическими (МГД) волнами, возбуждаемыми в фотосфере и хромосфере Солнца и звёзд. Указанием на такую возможность является недавнее обнаружение незатухающих изгибных волны в корональных магнитных арках, наблюдавшихся космической обсерваторией Solar Dynamics Observatory в течение 6 часов. Особенности генерации, распространения и диссипации различных МГД-мод, перспективных для нагрева корон, в условиях частичной ионизации среды, также чрезвычайно актуальная задача, которая является предметом исследования в проекте. Новым перспективным направлением в изучении процессов энерговыделения в нижних слоях солнечной атмосферы – хромосфере и переходном слое, является изучение природы суб-ТГц и ТГц излучения солнечных вспышек. Такая возможность появилась с развитием техники миллиметрового и суб-миллиметрового диапазонов и с созданием телескопов суб-ТГц и ТГц диапазонов. Предлагаемый проект направлен на получение новых наблюдательных данных о суб-ТГц и ТГц излучении Солнца и диагностики областей энерговыделения в нижних слоях атмосферы Солнца. Основные задачи, планируемые для решения указанных проблем, следующие: - Разработка механизмов ускорения частиц и нагрева плазмы в солнечной хромосфере, в атмосферах красных карликов и ультра-холодных звёзд. - Роль магнитной неустойчивости Рэлея-Тейлора в генерации индукционных электрических полей и электрических токов в хромосферах Солнца и звёзд. - Изучение динамики, особенностей питч-углового распределения и излучения высокоэнергичных частиц в хромосфере и в корональных солнечных магнитных петлях . - Наблюдения и интерпретация особенностей суб-ТГц и ТГц излучения солнечных вспышек. - Определение условий генерации, распространения и диссипации МГД колебаний и волн в атмосферах Солнца и звёзд. - Создание модели рентгеновских вспышек на красных карликах на основе диссипации электрических токов, возбуждаемых фотосферной конвекцией. - Выяснение роли МГД-неустойчивостей, МГД-волн и электрических токов в гелиосейсмических возмущениях. - Диагностика процессов энерговыделения по тонкой структуре излучения и квази-периодическим пульсациям излучения солнечных и звёздных вспышек в широком диапазоне длин волн. При выполнении проекта предполагается использовать комплексный подход, включающий математическое моделирование физических процессов во вспышечных явлениях, создание соответствующих компьютерных программ, анализ и интерпретация данных современных российских (ССРТ - Сибирский солнечный радиотелескоп, РТ-7.5м МГТУ им. Баумана) и зарубежных (Nobeyama Radioheliograph, OVSA, VLA, ALMA, RHESSI, SDO, Hinode) телескопов и космических аппаратов. В проекте будут привлекаться методы корональной сейсмологии - новой области астрофизики, изучающей волновые и колебательные процессы в атмосферах звёзд, которые чрезвычайно эффективны для диагностики параметров областей вспышечного энерговыделения по пульсациям излучения. Будут применяться также методы физики плазмы, радиофизики и солнечно-звёздные аналогии. Решение проблемы энерговыделения и излучения в частично ионизованных атмосферах Солнца и звёзд позволит нас приблизить к более глубокому пониманию физики солнечных и звёздных вспышек. Это будет способствовать усовершенствованию методов прогноза солнечных активных событий, негативно влияющих на целый ряд природных и техногенных процессов на Земле и в ближнем Космосе, на электронику космического базирования.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Контарь Э.П., Моторина Г.Г., Джефри Н.Л.С., Цап Ю.Т., Флейшман Г.Д., Степанов А.В. Frequency rising sub-THz emission from solar flare ribbons Astronomy and Astrophysics, Vol. 620, A95 (год публикации - 2018)
10.1051/0004-6361/201834124

2. Цап Ю.Т., Смирнова В.В., Моторина Г.Г., Моргачев А.С., Кузнецов С.A., Нагнибеда В.Г., Рыжов В.С. Millimeter and X-ray emission from the 5 July 2012 solar flare Solar Physics, Vol. 293, No. 3, Id. 50, 15 pp. (год публикации - 2018)
10.1007/s11207-018-1269-6

3. Зайцев В.В., Степанов А.В. Prominence activation by increase in electric current Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Vol. 179, pp. 149-153. (год публикации - 2018)
10.1016/j.jastp.2018.06.004

4. Цап Ю.Т., Мягкова И.Н., Копылова Ю.Г., Моторина Г.Г., Богомолов А.В., Гольдварг Т.Б., Панасюк М.И., Свертилов С.И., Богомолов В.В., Яшин И.В., Петров В.Л. Electron acceleration and subsecond time delays of hard X-rays of solar flares according to Lomonosov satellite data Cosmic Research, Vol. 56, No. 6, pp. 420-425. (год публикации - 2018)
10.1134/S0010952518060096

5. Зайцев В.В., Степанов А.В. Slowly changing component of radio emission from TVLM 513-46546 and continuous sources of high temperature electrons in the coronas of ultracool stars Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 58, No. 8, pp. 1144-1148. (год публикации - 2018)
10.1134/S0016793218080212

6. Зайцев В.В., Степанов А.В. Particle acceleration by induced electric fields in course of electric current oscillations in coronal magnetic loops Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 58, No. 7, pp. 831-840. (год публикации - 2018)
10.1134/S0016793218070265

7. Моргачев А.С., Цап Ю.Т., Смирнова В.В., Моторина Г.Г. Simulation of subterahertz radiation of the solar flare of April 2, 2017 based on the results of multiwavelength observations Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 58, No. 8, pp. 1113-1122. (год публикации - 2018)
10.1134/S001679321808011X

8. Колотков Д.Ю., Нистико Д., Роуландс Д., Накаряков В.М. Finite amplitude transverse oscillations of a magnetic rope Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Vol. 172, pp. 40-52. (год публикации - 2018)
10.1016/j.jastp.2018.03.005

9. Зимовец И.В., Ванг Р., Ли Ю.Д., Ванг С., Кузнецов С.А., Струминский А.Б., Накаряков В.М. Magnetic structure of solar flare regions producing hard X-ray pulsations Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Vol. 174, pp. 17-27. (год публикации - 2018)
10.1016/j.jastp.2018.04.017

10. Мельников В.Ф., Филатов Л.В. Микроволновое излучение вспышечной петли при наличии турбулентности вистлеров Изв. Крымской Астрофиз. Обс., Т. 114, № 1, С. 95–100. (год публикации - 2018)
10.31059/izcrao-vol114-iss1-pp95-100

11. Филатов Л.В., Мельников В.Ф. Рассеяние нетепловых электронов и генерация турбулентности вистлеров во вспышечной петле Труды XXII всероссийской ежегодной конференции “Солнечная и солнечно-земная физика-2018”, С. 381-384. (год публикации - 2018)
10.31725/0552-5829-2018-381-384

12. Цап Ю.Т., Степанов А.В., Копылова Ю.Г. On the description of transverse wave propagation along thin magnetic flux tubes Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 58, No. 7, pp. 942-946. (год публикации - 2018)
10.1134/S001679321807023X

13. Степанов А.В., Зайцев В.В. Магнитосферы активных областей Солнца и звезд М.: ФИЗМАТЛИТ, М.: ФИЗМАТЛИТ, 2018. — 392 с. — ISBN 978-5-9221-1836-1. УДК 523.98; 524.338.6; 524.3; 533.9 ББК 22.652; 22.632 С79 (год публикации - 2018)

14. В.В. Зайцев, П.В. Кронштадтов, А.В. Степанов Generation of Super Dreicer Electric Fields in the Solar Chromosphere Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 56, No.7, pp. 903-907 (год публикации - 2016)
10.1134/S0016793216070197

15. Колотков Д.Ю., Смирнова В.В., Стрекалова П.В., Риехокайнен А., Накаряков В.М. Long-period quasi-periodic oscillations of a small-scale magnetic structure on the Sun Astronomy & Astrophysics,, Volume 598, id.L2, 4 pp. (год публикации - 2017)
10.1051/0004-6361/201629951

16. Цап Ю.Т., Копылова Ю.Г. Coulomb Collisions and Electron Acceleration in Sub-Dreicer Electric Fields of the Corona and Chromosphere Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 57, No. 8, pp. 996-1000 (год публикации - 2017)
10.1134/S0016793217080230

17. А.В. Степанов, В.В. Зайцев The Challenges of the Models of Solar Flares Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 56, No.8, pp. 952-971 (год публикации - 2016)
10.1134/S0016793216070197

18. Зайцев В.В., Кронштадтов П.В., Степанов А.В. Rayleigh–Taylor Instability and Excitation of Super-Dreicer Electric Fields in the Solar Chromosphere Solar Physics, Vol. 291 No 11, pp. 3451-3459 (год публикации - 2016)
10.1007/s11207-016-0983-1

19. Кузнецов С.А., Зимовец И.В., Мельников В.Ф., Ванг Р. Spatio-temporal Evolution of Sources of Microwave and Hard X-ray Pulsations of the Solar Flare using the NoRH, RHESSI, and AIA/SDO Observation Data Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 57, No. 8, pp. 1067-1072 (год публикации - 2017)
10.1134/S001679321708014X

20. Зайцев В.В., Степанов А.В. Acceleration and Storage of Energetic Electrons Solar Physics, Volume 292, Issue 10, article id.141, pp. 141-152. (год публикации - 2017)
10.1007/s11207-017-1168-2

21. Цап Ю.Т., Моторина Г.Г. Flare Plasma Diagnostics from X-Ray and Ultraviolet Observations Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 57, No. 7, pp. 916-920 (год публикации - 2017)
10.1134/S0016793217070246

22. Филатов Л.В., Мельников В.Ф. Influence of Whistler Turbulence on Fast Electron Distribution and Their Microwave Emissions in a Flare Loop Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 57, No. 8, pp. 1001-1008 (год публикации - 2017)
10.1134/S0016793217080084

23. Зайцев В.В., Кронштадтов П.В., Степанов А.В. Modification of "Pressed" Atmospheres in Active Regions of Ultracool Stars Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 57, No. 7, pp. 859-863 (год публикации - 2017)
10.1134/S0016793217070271

24. Зайцев В.В., Кронштадтов П.В. On the Constancy of the Width of Coronal Magnetic Loops Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 57, No. 7, pp. 841-843 (год публикации - 2017)
10.1134/S001679321707026X

25. А.Степанов, В.Зайцев, П.Кронштадтов On the Origin of Intense Radio Emission from Ultracool Stars Astronomical Society of the Pacific, Volume 510, pp. 284-288. (год публикации - 2017)
10.1134/S0016793217070271

26. Чариков Ю.Е., Шабалин А.Н., Кузнецов С.А. Modeling of Physical Processes by Analysis of Hard X-Ray and Microwave Radiations in the Solar Flare of November 10, 2002 Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 57, No. 8, pp. 1009-1017 (год публикации - 2017)
10.1134/S0016793217080060

27. Цап Ю.Т., Степанов А.В., Копылова Ю.Г. Acoustic and slow sausage oscillations in the stratified solar photosphere: Hinode observations and phase relationships Solar Physics, Vol. 291, No 11, pp.3349–3356 (год публикации - 2016)
10.1007/s11207-016-0980-4

28. Моргачев А.С., Мельников В.Ф., Кузнецов С.А. Search for Accelerated Electron Anisotropy Signatures Based on Observed Polarization of the Flaring Loop Microwave Emission Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 56, No. 8., pp. 1045-1052 (год публикации - 2016)
10.1134/S0016793215080228

29. Цап Ю.Т., Моторина Г.Г., Копылова Ю.Г. Flare Coronal Loop Heating and Hard X-Ray Emission of Solar Flares of August 23, 2005, and November 9, 2013 Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 56, No.8, pp 1104-1109 (год публикации - 2016)
10.1134/S0016793216080235

30. Моргачев А.С., Цап Ю.Т., Смирнова В.В., Моторина Г.Г., Кузнецов С.А. Simulation of Microwave Emission from the Magnetic Arch with Growing Millimeter Spectrum Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 57, No. 8, pp. 1028-1037 (год публикации - 2017)
10.1134/S0016793217080175

31. Зайцев В.В., Кронштадтов П.В. Coronal Loops Heating in the Atmosphere of the AD Leo Red Dwarf Radiophysics and Quantum Electronics, Vol. 59, Issue 3, pp.169-176 (год публикации - 2016)
10.1007/s11141-016-9687-5

32. Зайцев В.В., Степанов А.В. О ПРОИСХОЖДЕНИИ ИНТЕНСИВНОГО РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ КОРИЧНЕВЫХ КАРЛИКОВ Известия вузов. Радиофизика (год публикации - 2016)

33. Смирнова В. В., Цап Ю. Т., Шумов А. В., Моргачев А. С., Моторина Г. Г., Рыжов В. С., Жаркова Н. А., Нагнибеда В. Г. Анализ механизмов генерации излучения рентгеновского, микроволнового и миллиметрового диапазонов в плазме солнечной вспышки 5 июля 2012 г. Наука и Образование (год публикации - 2016)
10.7463/1216.0852397

34. Шаин А.В., Мельников В.Ф., Моргачев А.С. The Role of Quasi-Transverse Propagation in Observed Polarization of Flare Loop Microwave Radiation Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 57, No. 8, pp. 988-995 (год публикации - 2017)
10.1134/S0016793217080217

35. Климушкин Д.Ю., Накаряков В.М., Магер П.Н., Черемных, О.К. Corrugation Instability of a Coronal Arcade Solar Physics (год публикации - 2017)
10.1007/s11207-017-1209-x

Публикации