Иркутск, Россия
Анализируются горизонтальные течения фотосферной плазмы на начальной стадии появления активных областей в фотосфере Солнца по данным SOHO/MDI. Детально рассмотрены четыре активные области, возникающие на краю солнечного диска. Обнаружено, что при появлении магнитного потока в горизонтальном поле скоростей формируются протяженные области высоких доплеровских скоростей разного знака. Наблюдаемые течения возникают в начале появления активных областей и присутствуют до нескольких часов. Значения средних (внутри изолиний ±500 м/с) и максимальных доплеровских скоростей достигают 800–970 м/с и 1410–1700 м/с соответственно. Выявлена асимметрия между скоростными структурами ведущей и последующей полярностей. Скоростные структуры, расположенные в области ведущей магнитной полярности, более мощные и существуют дольше, чем в последующей. Асимметрия средних и максимальных доплеровских скоростей достигает 290–460 м/с и 710–940 м/с соответственно. Дается интерпретация наблюдаемых течений.
активные области, магнитные поля, поля скоростей
ВВЕДЕНИЕ
Измерения доплеровских скоростей в фотосфере в возникающих активных областях позволили установить присутствие подъема плазмы в вершинах выходящих магнитных петель [Brants, 1985a, b; Tar-bell et al., 1989; Lites et al., 1998; Strous, Zwaan, 1999; Kubo et al., 2003; Guglielmino et al., 2006; Grigor'ev et al., 2007; Grigor'ev et al., 2009] и опускания плазмы в местах наибольшей концентрации магнитного пото-ка [Гопасюк, 1967, 1969; Kawaguchi, Kitai, 1976; Bachmann, 1978; Zwaan et al., 1985; Brants, 1985a, b; Brants, Steenbeek, 1985; Lites et al., 1998; Solanki et al., 2003; Lagg et al., 2007; Xu et al., 2010].
Горизонтальные скорости в фотосфере, сопровождающие появление активных областей, оценива-лись косвенно. В работе [Frazier, 1972] было показа-но, что узлы фотосферного магнитного поля (21 событие) движутся вдоль арочной волоконной системы (arch filament system, AFS) со скоростями 0.1-0.4 км/с. Автор работы [Schoolman, 1973] по наблюдению молодой активной области обнаружил, что магнитные элементы движутся в случайных направлениях со скоростями 0.4-1.0 км/с. В работе [Barth, Livi, 1990] были измерены скорости расхождения противоположных полярностей для 45 биполярных пар в молодой активной области и получены значения скоростей 0.5-3.5 км/с, уменьшающиеся во времени. При рассмотрении выхода магнитного потока в развивающейся активной области [Strous, Zwaan, 1999] было найдено, что основания магнитных петель расходятся со средней скоростью 1.4 км/с. Авторы работы [Grigor'ev et al., 2009] рассчитали скорости перемещения внешних границ фотосферного магнитного потока в активной области NOAA 10488. Значения скоростей в конце первого часа составили 2-2.3 км/с, по мере выхода магнитного потока скорости уменьшались и через полтора часа достигли 0.3 км/с.
Высокие горизонтальные скорости в фотосфере наблюдаются при появлении эфемерных активных областей. В работе [Harvey, Martin, 1973] было обнаружено, что в первые 30 мин появления эфемерных активных областей основания магнитных петель расходятся со скоростями 5 км/с. В следующие 6 ч скорости расхождения спадают до 0.7-1.3 км/с и в дальнейшем продолжают уменьшаться. В работе [Hagenaar, 2001] было найдено, что скорости расхождения внешних границ эфемерных активных областей достигают 5.5 км/с, при этом отмечается тенденция уменьшения скоростей во времени. Авторы работы [Otsuji et al., 2011] нашли, что при появлении больших магнитных потоков скорости расхождения противоположных полярностей меньше 1 км/с, для малых они достигают 4 км/с.
Интересные результаты были получены из анализа горизонтальных течений в развивающихся активных областях по перемещению гранул. В работе [Strous et al., 1996] были обнаружены крупномасштабные горизонтальные расходящиеся движения гранул, сравнимые с общим дрейфом магнитных полярностей. Авторы объясняют это тесным взаимодействием грануляции и магнитных полей. Авторы работы [Kozu et al., 2005, 2006] нашли расходящиеся течения, локализующиеся между основаниями выходящих магнитных петель. По их мнению, это конвективные течения, которые способствуют выходу магнитного потока из глубоких слоев. Авторы также допускают, что наблюдаемые течения формируются выходящим магнитным потоком. Отметим, что в перечисленных работах начальная стадия формирования активных областей не рассматривалась.
В работе [Khlystova, 2011] построена центролимбовая зависимость отрицательных доплеровских скоростей при появлении активных областей в фотосфере Солнца. Впервые рассмотрены доплеровские скорости течений фотосферной плазмы на начальной стадии формирования активных областей. В представляемой работе проводится детальный анализ фотосферных доплеровских скоростей в активных областях, возникающих вблизи лимба.
_____________________________________________________________________________________________
* Впервые статья опубликована на английском языке в журнале “Solar Physics”. 2013. V. 284. P. 343–361. На русском языке публикуется впервые по лицензии издательства.
1. Гопасюк С.И. Поле скоростей в активной области на стадии появления пятен // Изв. КрАО. 1967. Т. 37. С. 29-43.
2. Гопасюк С.И. Поле скоростей на двух уровнях в июльской группе 1966 г. // Изв. КрАО. 1969. Т. 40. С. 111-126.
3. Archontis V., Moreno-Insertis F., Galsgaard K., et al. Emergence of magnetic flux from the convection zone into the corona // Astron. Astrophys. 2004. V. 426. P. 1047-1063.DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361:20035934.
4. Bachmann G. On the evolution of magnetic and velocity fields of an originating sunspot group // Bull. Astron. Inst. Czechoslov. 1978. V. 29. P. 180-184.
5. Barth C.S., Livi S.H.B. Magnetic bipoles in emerging flux regions on the Sun // Rev. Mex. Astron. Astrofis. 1990. V. 21. P. 549-551.
6. Battiato V., Billotta S., Contarino L., et al. High resolution observations of emerging active regions carried out at the THEMIS telescope / SOHO-17. 10 Years of SOHO and Beyond, SP-617, ESA, Noordwijk, 2006. 51.1.
7. Brants J.J. High-resolution spectroscopy of active regions. II. Line-profile interpretation, applied to an emerging flux region // Solar Phys. 1985a. V. 95. P. 15-36.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00162633.
8. Brants J.J. High-resolution spectroscopy of active regions. III. Relations between the intensity, velocity, and magnetic structure in an emerging flux region // Ibid. 1985b. V. 98. P. 197-217.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00152456.
9. Brants J.J., Steenbeek J.C.M. Morphological evolution of an emerging flux region // Ibid. 1985. V. 96. P. 229-252.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00149682.
10. Cauzzi G., Canfield R.C., Fisher G.H. A search for asymmetric flows in young active regions // Astrophys. J. 1996. V. 456. P. 850-860.DOI:https://doi.org/10.1086/176702.
11. Chapman G.A. A study of AR 9144; A fast-growing EFR // Solar Phys. 2002. V. 209. P. 141-152.DOI:https://doi.org/10.1023/A:1020 994131849.
12. Cheung M.C.M., Rempel M., Title A.M., Schüssler M. Simulation of the formation of a solar active region // Astrophys. J. 2010. V. 720. P. 233-244.DOI:https://doi.org/10.1088/0004-637X/720/1/233.
13. Fan Y. Magnetic fields in the solar convection zone // Living Rev. Solar Phys. 2009. V. 6. P. 4.
14. Frazier E.N. The magnetic structure of arch filament systems // Solar Phys. 1972. V. 26. P. 130-141.DOI: 10.1007/ BF00155113.
15. Grigorʹev V.M., Ermakova L.V., Khlystova A.I. Dynamics of line-of-sight velocities and magnetic field in the solar photosphere during the formation of the large active region NOAA 10488 // Astron. Lett. 2007. V. 33. P. 766-770.DOI:https://doi.org/10.1134/S1063773707110072.
16. Grigorʹev V.M., Ermakova L.V., Khlystova A.I. Emergence of magnetic flux at the solar surface and the origin of active regions // Astron. Rep. 2009. V. 53. P. 869-878.DOI:https://doi.org/10.1134/S1063772909090108.
17. Grigorʹev V.M., Ermakova L.V., Khlystova A.I. The dynamics of photospheric line-of-sight velocities in emerging active regions // Ibid. 2011. V. 55. P. 163-173.DOI: 10.1134/ S1063772911020041.
18. Guglielmino S.L., Martínez Pillet V., Ruiz Cobo B., et al. A detailed analysis of an ephemeral region // Mem. Soc. Astron. Ital. Suppl. 2006. V. 9. P. 103-105.
19. Hagenaar H.J. Ephemeral regions on a sequence of full-disk Michelson Doppler Imager magnetograms // Astrophys. J. 2001. V. 555. P. 448-461.DOI:https://doi.org/10.1086/321448.
20. Harvey K.L., Martin S.F. Ephemeral active regions // Solar Phys. 1973. V. 32. P. 389-402.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00154951.
21. Kawaguchi I., Kitai R. The velocity field associated with the birth of sunspots // Ibid. 1976. V. 46. P. 125-135.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00157559.
22. Khlystova A. Center-limb dependence of photospheric velocities in regions of emerging magnetic fields on the Sun // Astron. Astrophys. 2011. V. 528. A7.DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361/201015765.
23. Khlystova A. The relationship between plasma flow velocities and magnetic field parameters during the emergence of active regions at the solar photospheric level // Solar Phys. 2013. V. 284. P. 329-341.DOI:https://doi.org/10.1007/s11207-012-0193-4.
24. Kozu H., Kitai R., Funakoshi Y. Development of real-time frame selector 2 and the characteristic convective structure in the emerging flux region // Publ. Astron. Soc. Japan. 2005. V. 57. P. 221-234.
25. Kozu H., Kitai R., Brooks D.H., et al. Horizontal and vertical flow structure in emerging flux regions // Publ. Astron. Soc. Japan. 2006. V. 58. P. 407-421.
26. Kubo M., Shimizu T., Lites B.W. The evolution of vector magnetic fields in an emerging flux region // Astrophys. J. 2003. V. 595. P. 465-482.DOI:https://doi.org/10.1086/377333.
27. Lagg A., Woch J., Solanki S.K., Krupp N. Supersonic downflows in the vicinity of a growing pore. Evidence of unresolved magnetic fine structure at chromospheric heights // Astron. Astrophys. 2007. V. 462. P. 1147-1155.DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361:20054700.
28. Lites B.W., Skumanich A., Martinez Pillet V. Vector magnetic fields of emerging solar flux. I. Properties at the site of emergence // Ibid. 1998. V. 333. P. 1053-1068.
29. Liu J., Zhang H. The magnetic field, horizontal motion and helicity in a fast emerging flux region which eventually forms a delta spot // SolarPhys. 2006. V. 234. P. 21-40.
30. Luoni M.L., Démoulin P., Mandrini C.H. van Driel-Gesztelyi L. Twisted flux tube emergence evidenced in longitudinal magnetograms: magnetic tongues // Ibid. 2011. V. 270. P. 45-74.DOI:https://doi.org/10.1007/s11207-011-9731-8.
31. Otsuji K., Kitai R., Ichimoto K., Shibata K. Statistical study on the nature of solar-flux emergence // Publ. Astron. Soc. Japan. 2011. V. 63. P. 1047-1057.
32. Pevtsov A., Lamb J.B. Plasma flows in emerging sunspots in pictures // Solar MHD Theory and Observations: A High Spatial Resolution Perspective CS-354 / Eds. Leibacher, J., Stein, R.F., Uitenbroek, H. Astron. Soc. Pac., San Francisco. 2006. P. 249-255.
33. Scherrer P.H., Bogart R.S., Bush R.I., et al. The solar oscillations investigation - Michelson Doppler Imager // Solar Phys. 1995. V. 162. P. 129-188.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00733429.
34. Schoolman S.A. Videomagnetograph studies of solar magnetic fields. II. Field changes in an active region // Ibid. 1973. V. 32. P. 379-388.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00154950.
35. Shibata K., Nozawa S., Matsumoto R., et al. Emergence of solar magnetic flux from the convection zone into the photosphere and chromosphere // Astrophys. J. Lett. 1990. V. 351. P. L25-L28.DOI:https://doi.org/10.1086/185671.
36. Sigwarth M., Schmidt W., Schuessler M. Upwelling in a young sunspot // Astron. Astrophys. 1998. V. 339. P. L53-L56.
37. Snodgrass H.B. Magnetic rotation of the solar photosphere // Astrophys. J. 1983. V. 270. P. 288-299.DOI:https://doi.org/10.1086/161121.
38. Solanki S.K., Lagg A., Woch J., et al. Three-dimensional magnetic field topology in a region of solar coronal heating // Nature. 2003. V. 425. P. 692-695.DOI:https://doi.org/10.1038/nature02035.
39. Strous L.H., Scharmer G., Tarbell T.D., et al. Phenomena in an emerging active region. I. Horizontal dynamics // Astron. Astrophys. 1996. V. 306. P. 947-959.
40. Strous L.H., Zwaan C. Phenomena in an emerging active region. II. Properties of the dynamic small-scale structure // Astrophys. J. 1999. V. 527. P. 435-444.DOI:https://doi.org/10.1086/308071.
41. Tarbell T.D., Topka K., Ferguson S., et al. High-resolution observations of emerging magnetic flux // High Spatial Resolution Solar Observations / Ed. von der Luehe, O. 1989. P. 506-520.
42. Ulrich R.K., Bertello L., Boyden J.E., Webster L. Interpretation of solar magnetic field strength observations // Solar Phys. 2009. V. 255. P. 53-78.
43. van Driel-Gesztelyi L., Petrovay K. Asymmetric flux loops in active regions // Ibid. 1990. V. 126. P. 285-298.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00153051.
44. Xu Z., Lagg A., Solanki S.K. Magnetic structures of an emerging flux region in the solar photosphere and chromosphere // Astron. Astrophys. 2010. V. 520. A77.DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361/200913227.
45. Zwaan C., Brants J.J., Cram L.E. High-resolution spectroscopy of active regions. I. Observing procedures // Solar Phys. 1985. V. 95. P. 3-14.DOI:https://doi.org/10.1007/BF00162632.
