Solar-Terrestrial Physics

Солнечно-земная физика / Solnechno-Zemnaya Fizika / Solar-Terrestrial Physics

2712-9640

49037

10.12737/szf-83202210

Семнадцатая ежегодная конференция «Физика плазмы в солнечной системе», 7–11 февраля 2022 г., Институт космических исследований РАН, Москва, Россия

17th Annual Conference “Plasma Physics in the Solar System”. February 7–11, 2022, Space Research Institute RAS, Moscow, Russia

Comparison between probability density functions of vertical electric current in solar active regions based on HMI/SDO and SOT/Hinode data

Сравнение функций плотности вероятности вертикального электрического тока в активных областях Солнца по данным инструментов HMI/SDO и SOT/Hinode

Нечаева

Алена Борисовна

Nechaeva

Alena Borisovna

nechaeva.ab@phystech.edu

https://orcid.org/0000-0001-6995-3684

Зимовец

Иван Викторович

Zimovets

Ivan Victorovich

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

Шарыкин

Иван Николаевич

Sharykin

Ivan Nikolaevich

ivan.sharykin@phystech.edu

Институт космических исследований РАН Москва Россия Space Research Institute RAS Moscow Russian Federation

Институт космических исследований РАН Москва Россия Space Research Institute of RAS Moscow Russian Federation

Институт космических исследований РАН Москва Россия Space Research Institute RAS Moscow Russian Federation

30 09 2022

8 3 68 73 28 02 2022 23 06 2022

https://zh-szf.ru/en/nauka/article/49037/view

Исследование электрических токов в активных областях (АО) Солнца является важным шагом к пониманию солнечной активности и, в частности, солнечных вспышек. В работе проводится сравнительный анализ функций плотности вероятности (Probability Density Function) вертикального электрического тока PDF(|jz|) в нескольких активных областях, рассчитанных на основе данных HMI/SDO и SOT/Hinode о магнитном поле на фотосфере. Установлено, что в тех частях АО, которые содержат токовые структуры с плотностью тока выше шума (|jz|)>9·10³статампер/см²) эти функции примерно совпадают. Основное различие возникает для малых (шумовых) значений |jz|)≲9·10³статампер/см² из-за разной чувствительности рассматриваемых приборов. Было определено также, что критерий отбора пикселов по величине магнитного поля, как предполагалось ранее, неприменим, и схожесть функций определяется именно пикселами с высокими значениями jz. Для всех рассматриваемых PDF(|jz|) были вычислены показатели степени хвоста функций по данным двух инструментов, которые совпадают в пределах своих погрешностей для токовых структур со значениями больше шумового. Таким образом, нет существенной разницы в том, данные какого прибора рассматривать при анализе функций плотности вероятности токов в областях сильных токов, какими как раз являются те участки АО, где локализованы вспышки.

Studying electric currents in solar active regions (AR) is an essential step in understanding solar activity in general and solar flares in particular. In this paper, we compare probability density functions of vertical electric current PDF(|jz|) in several active regions, using HMI/SDO and SOT/Hinode photospheric magnetic field data. We have established that at a high value (above the noise level of |jz| >9•10³ statampere/cm²) of current structures of ARs these functions are nearly identical. The main difference in PDFs for low (noise) jz≤9•10³ statampere/cm² is due to differences in sensitivity of these two instruments. We have also found that the criterion of pixel selection from magnetic field strength is inapplicable, and the similarity between PDFs is determined by high jz. For all PDF(|jz|) under study we have calculated the power law exponent of the PDF tail for the two instruments, which coincide within their errors for the current structures with current values above noise level. Thus there is no significant difference as to which instrument is used for analyzing probability density functions in high current parts of ARs where flares are localized.

солнечные активные области магнитные поля электрические токи солнечные вспышки

solar active regions magnetic field electric currents solar flares

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 17-72-20134)

The work was financially supported by the Russian Science Foundation (Project No. 17-72-20134)

Абраменко В.И., Гопасюк С.И., Огирь М.Б. Выявление разновидностей вспышек на основе исследования электрических токов. Известия КрАО. 1990. Т. 81. С. 8-13.

Abramenko V.I., Gopasiuk S.I., Ogir' M.B. The variety of solar flares revealed on the basis of the electric currents investigation. Izvestiya Krymskoi Astrofizicheskoi Observatorii [Bulletin of the Crimean Astrophysical Observatory]. 1990, vol. 81, pp. 8-13. (In Russian).

Северный А.Б. Некоторые проблемы физики Солнца. М.: Наука, 1988. 224 с.

Barnes G., Leka K.D. Inferring currents from the Zeeman effect at the solar surface. Electric Currents in Geospace and Beyond. 2018. P. 81-91. (Geophys. Mon. Ser., vol. 235). DOI: 10.1002/9781119324522.ch5.

Fursyak Y.A. Vertical Electric currents in active regions: Calculation methods and relation to the flare index. Geomagnetism and Aeronomy. 2018, vol. 58, pp. 1129-1135. DOI: 10.1134/S0016793218080078.

Fursyak Y.A. Vertical electric currents in active regions: calculation methods and relation to the flare index. Geomagnetism and Aeronomy. 2018. Vol. 58. P. 1129-1135. DOI: 10.1134/S0016793218080078.

Fursyak Y.A., Abramenko V.I. Possibilities for estimating horizontal electrical currents in active regions on the Sun. Astrophys. 2017, vol. 60, pp. 544-552. DOI: 10.1007/s10511-017-9505-6.

Fursyak Y.A., Abramenko V.I. Possibilities for estimating horizontal electrical currents in active regions on the Sun. Astrophys. 2017. Vol. 60. P. 544-552. DOI: 10.1007/s10511-017-9505-6.

Hoeksema J.T., Liu Y., Hayashi K., Sun X., Schou J., Couvidat S., Norton A., Bobra M., Centeno R., Leka K.D., Barnes G., Turmon M. The Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) vector magnetic field pipeline: Overview and performance. Solar Phys. 2014, vol. 289, pp. 3483-3530. DOI: 10.1007/s11207-014-0516-8.

Hoeksema J.T., Liu Y., Hayashi K., et al. The Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) vector magnetic field pipeline: Overview and performance. Solar Phys. 2014. Vol. 289. P. 3483-3530. DOI: 10.1007/s11207-014-0516-8.

Kontogiannis I., Georgoulis M.K., Park S.H., Guerra J.A. Non-neutralized electric currents in solar active regions and flare productivity. Solar Phys. 2017, vol. 292, p. 159. DOI: 10.1007/s11207-017-1185-1.

Kontogiannis I., Georgoulis M.K., Park SH., Guerra J.A. Non-neutralized electric currents in solar active regions and flare productivity. Solar Phys. 2017. Vol. 292. P. 159. DOI: 10.1007/s11207-017-1185-1.

Löhner-Böttcher J., Schmidt W., Schlichenmaier R., Steinmetz T., Holzwarth R. Convective blueshifts in the solar atmosphere. III. High-accuracy observations of spectral lines in the visible. Astron. Astrophys. 2019, vol. 624, p. A57. DOI: 10.1051/0004-6361/201834925.

Löhner-Böttcher J., Schmidt W., Schlichenmaier R., et al. Convective blueshifts in the solar atmosphere. III. High-accuracy observations of spectral lines in the visible. Astron. Astrophys. 2019. Vol. 624. P. A57. DOI: 10.1051/0004-6361/201834925.

Nechaeva A.B., Sharykin I.N., Zimovets I.V., Chen F. Relationship between the horizontal gradient of the vertical magnetic field and the horizontal electric current on the photosphere in a model active region of the Sun. Geomagnetism and Aeronomy. 2021, vol. 61, pp. 956-963. DOI: 10.1134/S0016793221070148.

Nechaeva A.B., Sharykin I.N., Zimovets I.V., Chen F. Relationship between the horizontal gradient of the vertical magnetic field and the horizontal electric current on the photosphere in a model active region of the Sun. Geomagnetism and Aeronomy. 2021. Vol. 61. P. 956-963. DOI: 10.1134/S0016793221070148.

Puschmann K.G., Ruiz C.B., Martínez P.V. The electrical current density vector in the inner penumbra of a sunspot. Astrophys. J. Lett.. 2010, vol. 721, no. 1. DOI: 10.1088/2041-8205/721/1/L58.

10.

Puschmann K.G., Ruiz C.B., Martínez P.V. The electrical current density vector in the inner penumbra of a sunspot. Astrophys. J. Lett. 2010. Vol. 721, no. 1. DOI: 10.1088/2041-8205/721/1/L58.

Scherrer P.H., Schou J., Bush R.I., Kosovichev A.G., Bogart R.S., Hoeksema J.T., Liu Y., Duvall Jr. T.L., et al. The Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) investigation for the Solar Dynamics Observatory (SDO). Solar Phys. 2012, vol. 275, pp. 207-227. DOI: 10.1007/s11207-011-9834-2.

11.

Scherrer P.H., Schou J., Bush R.I., et al. The Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) investigation for the Solar Dynamics Observatory (SDO). Solar Phys. 2012. Vol. 275. P. 207-227. DOI: 10.1007/s11207-011-9834-2.

Severny A.B. Nekotorye problemy fiziki Solntsa. [Some Problems in Solar Physics]. Moscow, Nauka, 1988. 224 p. (In Russian).

12.

Tsuneta S., Ichimoto K., Katsukawa Y., et al. The Solar Optical Telescope for the Hinode Mission: An overview. Solar Phys. 2008. Vol. 249. P. 167-196. DOI: 10.1007/s11207-008-9174-z.

Tsuneta S., Ichimoto K., Katsukawa Y., Nagata S., Otsubo M., Shimizu T., Suematsu Y., Nakagiri M., et al. The Solar Optical Telescope for the Hinode Mission: An overview. Solar Phys. 2008, vol. 249, pp. 167-196. DOI: 10.1007/s11207-008-9174-z.

13.

Watanabe K., Masuda S., Segawa T. Hinode Flare Catalogue. Solar Phys. 2012. Vol. 279. P. 317-322. DOI: 10.1007/s11207-012-9983-y.

Watanabe K., Masuda S., Segawa T. Hinode Flare Catalogue. Solar Phys. 2012, vol. 279, pp. 317-322. DOI: 10.1007/s11207-012-9983-y.

14.

Zimovets I.V., Nechaeva A.B., Sharykin I.N., Gan W.Q. Density distribution of photospheric vertical electric currents in flare-active regions of the Sun. Astrophys. 2020a. Vol. 63. P. 408-420. DOI: 10.1007/s10511-020-09645-0.

Zimovets I.V., Nechaeva A.B., Sharykin I.N., Gan W.Q. Density distribution of photospheric vertical electric currents in flare-active regions of the Sun. Astrophys. 2020a, vol. 63, pp. 408-420. DOI: 10.1007/s10511-020-09645-0.

15.

Zimovets I.V., Sharykin I.N., Gan W.Q. Relationships between photospheric vertical electric currents and hard X-ray sources in solar flares: Statistical study. Astrophys. J. 2020b. Vol. 891, no. 2. DOI: 10.3847/1538-4357/ab75be.