Иркутск, Россия
Приведены результаты расчета центр—лимб интенсивности оптически тонких линий УФ-диапазона волн многокомпонентной модели спокойной короны Солнца. Модель представляет собой совокупность ранжированных по размерам петель, спикул и свободного (межпетельного) вещества. Теоретические значения интенсивности находятся по вероятностям встречи по линии зрения участков петель с учетом вероятности отсутствия при этом других компонент короны. В модели используются 12 петель размера-ми от 3200 км до 210 000 км, с различными величинами коэффициента заполнения и давления в основании и в вершине петли. Температура вершин петель — 1 400 000 K. При расчетах использована база данных CHIANTI. Сравнение теоретических и экспериментальных значений интенсивности корональных линий, а также линий переходной зоны, полученных на телескопах SUMER, CDS и EIS, показало достаточно удовлетворительное согласие их, особенно для данных центра диска Солнца. Для данных над лимбом повышенные значения расхождений в результате анализа объясняются погрешностями измерений спектрометра EIS.
Солнце-корона, УФ-излучение, атомные данные
ВВЕДЕНИЕ
Измерения характеристик корональной плазмы важны для понимания различных процессов, происходящих в солнечной атмосфере, таких как нагрев короны и выбросы корональной массы, а также структуры и физических характеристик активных областей, протуберанцев и корональных дыр. Исследования короны в УФ-диапазоне волн ведутся давно, и в настоящее время ряд превосходных спектрографов на борту спутников дает возможность детальной диагностики электронной плотности и температуры солнечной плазмы. Диагностика по наблюдаемым интенсивностям оптически тонких линий [Mason, Monsignori Fossi, 1994; Laming et al., 1997] использует расчеты излучения переходов возбужденных уровней ионов. Созданная в 1997 г. и непрерывно уточняемая база атомных данных CHIANTI [Dere et al., 1997; Landi et al., 2012] содержит среди прочего пакет программ для таких расчетов.
К настоящему времени опубликовано достаточно большое число работ по исследованию плазмы спокойных участков Солнца и активных областей. Анализ эмиссионных линий УФ дает представление о характеристиках плазмы, но в то же время позволяет выявлять проблемы, возникающие из-за неточности атомных данных и погрешностей при обработке спектрогелиограмм. Атомные данные в значительной мере являются расчетными, и проверка правильности расчетов может быть осуществлена по стабильному источнику излучения, каковым представляется излучение спокойных участков атмосферы Солнца. Исследованию спокойной короны над лимбом на расстояниях 1.03–1.3 солнечного радиуса посвящены работы [Feldman et al., 1998, 1999; Warren, 1999; Allen et al., 2000; Landi et al., 2002a, 2002b; Warren, Warshall, 2002; Feldman, 2003; Mo-han et al., 2003; Parenti et al., 2003; Warren, Brooks, 2009], в которых принималось, что плазма на таких высотах изотермальная.
В работах [Warren, 2005; Brooks, Warren, 2006; Brooks et al., 2009] исследовалась плазма при наблюдениях в центре диска Солнца. В этом случае температура излучающего слоя принималась равной температуре максимума ионизации данного иона. Оценить правомерность таких приближений можно путем расчета интенсивности эмиссионных линий по модели спокойных участков Солнца.
В настоящей работе использована многокомпонентная модель короны спокойного Солнца [Krissinel, 2015], позволившая получить экваториальные распределения центр-лимб в диапазоне волн от 1 до 100 см, хорошо совпадающие с эксперименталь-ными данными. В этой модели распределение компонент по диску Солнца представляет собой случайный процесс, дисперсия и среднее значения которого неизменны. В таком случае излучение Солнца может быть представлено излучением дискретного набора компонент короны.
Целью данной работы является сравнение расчетов интенсивности излучения по модели солнечной короны, созданной по радионаблюдениям, с результатами наблюдений эмиссионных EUV- и FUV-линий на спектрографах SOHO/CDS, SOHO/SUMER и HINODE/EIS, опубликованными в литературе. При адаптации модели к расчетам экваториального распределения интенсивности корональных линий особое внимание было обращено на выбор типа фракционной ионизации, а также на высотные профили плотности и температуры в переходной области петель.
1. Гетман К.В., Лившиц М.А. Модель внешней атмосферы Солнца, лишенной активности // АЖ. 1996. Т. 73. С. 119-124.
2. Allen R., Landi E., Landini M., Bromage G.E. An empirical test of different ionization balance calculations in an isothermal solar plasma // Astron. Astrophys. 2000. V. 358. P. 332-342.
3. Binello A.M., Landi E., Mason H.E., et al. A comparison between theoretical and solar Fe XII UV line intensity ratios // Astron. Astrophys. 2001. V. 370. P. 1071-1087. DOI: 10.1051/ 0004-6361:20010255.
4. Borovik V.N., Kurbanov M.Sh., Makarov V.V. Distribution on radio brightness of the quiet Sun in the 2-32 cm range // Soviet Astron. 1992. V. 36, N. 9. P. 656-663.
5. Brooks D.H., Warren H.P. The intercalibration of SOHO EIT, CDS-NIS, and TRACE // Astrophys. J. Suppl. Ser. 2006. V. 164, N 1. P. 202-214.
6. Brooks D.H., Warren H.P., Williams D.R., Watanabe T. HINODE/Extreme-ultraviolet Imaging Spectrometer observations of the temperature structure of the quiet corona // Astrophys. J. 2009. V. 705, N 1. P. 1522-1532. DOI: 10.1088/ 0004-637X/705/2/1522.
7. Brown C.M., Feldman U., Seely J.F., et al. Wavelengths and intensities of spectral lines in the 171-211 and 245-291 Ǻ ranges from five solar regions recorded by Extreme-ultraviolet Imaging Spectrometer (EIS) on Hinode // Astrophys. J. Suppl. Ser. 2008. V. 176. P. 511-535.
8. Bryans P., Landi E., Savin D.W. A new approach analyzing solar spectra and updaten collisional ionization equilibrium calculations. II. Updaten ionization rate coefficients // Astrophys. J. 2009. V. 691, N 2. P. 1540-1559. DOI: 10.1088/ 0004-637X/691/2/1540.
9. Dere K.P., Landi E., Mason H.E., et al. CHI-ANTI - an atomic database for emission lines// Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 1997. V. 125. P. 149-173.
10. Doschek E.E., Laming G.A., Doschek G.A., et al. A comparison of measurements of solar extreme-ultraviolet spectral line intensities emitted by C, N, O, and S ions with theoretical calculations // Astrophys. J. 1999. V. 518, N 2. P. 909-917.
11. Erdely R., Doyle J.G., Perez M.E., Wilhelm K. Center-to-limb width measurements of solar chromospheric, transition region and coronal lines // Astron. Astrophys. 1998. V. 337. P. 287-293.
12. Feldman U. Elemental abundances in the upper solar atmosphere // Physica Scripta. 1992. V. 46. P. 202-220.
13. Feldman U., Mandelbaum P., Seely J.L., et al. The potential for plasma diagnostics from stellar extreme-ultraviolet observations // Astrophys. J. Suppl. Ser. 1992. V. 81. P. 387-408.
14. Feldman U., Schühle U., Widing K.G., Laming J.M. Coronal composition above the solar equator and the north pole as determined from spectra acquired by the SUMER instrument on SOHO // Astrophys. J. 1998. V. 505, N 2. P. 99-1006.
15. Feldman U., Doschek G.A., Schühle U., Wihelm K. Properties of quiet - Sun coronal plasmas at distances of 1.03 ≤Ro≤1.50 along the solar equatorial plane // Astrophys. J. 1999. V. 518, N 1. P. 500-507.
16. Feldman U., Warren H.P., Brown C.M., Doschek G.A. Can then composition of the solar corona be derived from HINODE/extreme-ultraviolet imaging spectrometer spectra // Astrophys. J. 2009. V. 695, N 1. P. 36-45. DOI: 10.1088/ 0004-637X/695/1/36.
17. Fludra A., Schmelz J.T. The absolute coronal abundance of silfur, calcium, and iron from YOHKOH-BCS flare spectra // Astron. Astrophys. 1999. V. 348. P. 286-294.
18. Fontenla I.M., Avrett E.H., Loeser R. Energy balance in the solar transition region. III. Helium emission in hydrostatic, constant-abundance models with diffusion // Astrophys. J. 1993. V. 406, N 1. P. 319-345.
19. Hassler D.M., Rottman G.J., Shoub E.C., Holzer T.E. Line broadening of Mg X λλ609 and 625 coronal emission lines observed above the solar limb // Astrophys. J. 1990. V. 348, N 1. P. L77-L80.
20. Kjeldseth Moe O., Nicolas K.R. Emission measures, electron densities, and nonthermal velocities from optically thin UV lines near a quiet solar limb // Astrophys. J. 1977. V. 211. P. 579-586.
21. Krissinel B.B. Modeling of the structure of quiescent areas of the solar atmosphere emitting at 1-100 cm // Astron. Rep. 2015. V. 59, N 1. P. 58-71. DOI:https://doi.org/10.1134/S1063772915010060.
22. Laming J.M., Feldman U., Schühle U., et al. Electron density diagnostic for solar upper atmosphere from spectra obtained by SUMER/SOHO // Astrophys. J. 1997. V. 485. P. 911-919.
23. Landi E., Feldman U., Dere K.P. CHIANTI - an atomic database for emission lines. V. Comparison with an isothermal spectrum observed with SUMER // Astrophys. J. Suppl. Ser. 2002a. V. 139, N 1. P. 281-296
24. Landi E., Feldman U., Dere K.P. A comparison between coronal emission lines from an isothermal spectrum obtained with the coronal diagnostic spectrometer and CHIANTI emissivities // Astrophys. J. 2002b. V. 574, N 2. P. 495-503.
25. Landi E., Feldman U. Properties of solar plasmas near solar maximum above two quiet regions at distance of 1.02 - 1.34 Ro // Astrophys. J. 2003. V. 592, N 1. P. 607-619.
26. Landi E., Del Zanna G., Young P.R., et al. CHIANTI - an atomic database for emission lines. XII, Version 7 for database // Astrophys. J. 2012. V. 744, N 1. P. 99-108. DOI: 10.1088/ 0004-637X/778/1/29.
27. Lantos P., Kundu M.R. The quiet Sun brightness distributions at millimeter wavelenghts and chrospheric inhomogeneties // Astron. Astro-phys. 1972. V. 21. P. 119-124.
28. Lee H., Yun H.S., Chae J. Nonthermal broadening of UV lines observed at the limb of the quiet SUN // J. Kor. Astron. Soc. 2000. V. 33. P. 57-37.
29. Mariska J.T., Feldman U., Doschek G.A. Meas-urements of extreme-ultraviolet emission-line profilies near the solar limb // Astrophys. J. 1978. V. 226. P. 698-705.
30. Mariska J.T., Feldman U., Doschek G.A. Non-thermal broadening of extreme ultraviolet emission lines near Solar limb // Astron. Astrophys. 1979. V. 73. P. 361-363.
31. Mason H.E., Monsignori Fossi B.C. Spectro-scopic diagnostic in the VUW for solar and stellar plasmas // Astron. Astrophys. Rev. 1994. V. 6. P. 123-173.
32. Mohan A., Landi E., Dwivedeli B.N. On the ex-treme-ultraviolet/ultraviolet plasma diagnostics for nitrogen-like ions from spectra obtained by SOHO/SUMER // Astrophys. J. 2003. V. 582, N 1. P. 1162-1171.
33. Parenti S., Landi E., Bromage B.J.I. SOHO-ULYSSES spring 2000 quadrature: coronal diag-nostic spectrometer and SUMER results // Astro-phys. J. 2003. V. 590, N 1. P. 519-532.
34. Peter H. Analysis of transition-region emission-line profiles from full-disk scans of the Sun using the SUMER instrument on SOHO // Astrophys. J. 1999. V. 516, N 1. P. 490-504.
35. Schmelz J.T., Reames D.V., von Steiger R., Basu S. Composition of the solar corona, solar wind, and solar energetic particles // Astrophys. J. 2012. V. 755, N 1. P. 33-40. DOI:https://doi.org/10.1088/0004-637X/755/1/33.
36. Warren H.P. Measuring the physical properties of the solar corona: results from SUMER/SOHO and TRACE // Sol. Phys. 1999. V. 190. P. 363-377.
37. Warren H.P., Warshall A.D. Temperature and density measurements in a quiet coronal streamer // Astrophys. J. 2002. V. 571, N 1. P. 999-1007.
38. Warren H.P. A solar minimum irradiance spectrum for wavelengths below 1200 Å // Astro-phys. J. Suppl. Ser. 2005. V. 157, N 1. P. 147-173.
39. Warren H.P., Brooks D.H. The temperature and density structure of the solar corona. I. Observations of the quiet Sun with the EUV imaging spectrometer on Hinode // Astrophys. J. 2009. V. 700, N 2. P. 762-773. DOI:https://doi.org/10.1088/0004-637X/700/1/762.
40. Wilhelm K., Lemaire P., Dammasch I.E., et al. Solar irradiances and radiances of UV and EUV lines during the minimum sunspot activity in 1996 // Astron. Astrophys. 1998. V. 334. P. 685-702.
41. Young P.R., Landi E., Thomas R.J. CHIANTI: an atomic database for emission lines. II. Comparison with the SERTS-89 active region spectrum // Astron. Astrophys. 1998. V. 329. P. 291-314.
42. Young P.R., Del Zanna G., Mason H.E., et al. EUV emission lines and diagnostics observed with Hinode/EIS // Publ. Astron. Soc. Japan. 2007. V. 59. P. S857-S864.
43. Zirin H., Baument B.M., Hurford G.J. The microwave brightness temperature spectrum of the quiet Sun // Astrophys. J. 1991. V. 370, N 1. P. 779-783.
