Санкт-Петербургский государственный университет,
Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
Шаньдунский институт перспективных технологий
Москва, Россия
Москва, Россия
Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
Цзинань, Шаньдун, Китайская Народная Республика
Пекин, Китайская Народная Республика
Цзинань, Шаньдун, Китайская Народная Республика
Представлены результаты МГД-моделирования коротирующих областей взаимодействия (КОВ) на расстояниях от Солнца от 0.1 а.е. (внутренняя граница) до значительно больших расстояний (20–30 а.е.) в двух вариантах, в которых магнитное поле на фотосфере (1) определяется из детальной синоптической карты и (2) представлено лишь дипольной составляющей. Расчеты проведены применительно к кэррингтоновскому обороту (КО) 2066 (январь–февраль 2008 г.) с использованием двух независимых пакетов программ российской и китайской групп. Исследуемый период времени характеризуется наличием долгоживущих корональных дыр на Солнце и устойчивой рекуррентной вариацией в характеристиках гелиосферы, а также в интенсивности галактических космических лучей. Обсуждаются преимущества и недостатки моделирования КОВ с помощью детальной и дипольной моделей фотосферного магнитного поля, а также с использованием для этой цели двух упомянутых пакетов программ. Проведено сравнение механизмов образования и эволюции КОВ с расстоянием в двух моделях и сопоставление с выводами наших предыдущих работ.
гелиосфера, коротирующие области взаимодействия (КОВ), МГД-моделирование КОВ, детальная и дипольная модели КОВ
1. Арутюнян С.Н., Кодуков А.В., Субботин М.О., Павлов Д.А. Прототип службы прогноза спокойного солнечного ветра на основе МГД-моделирования и граничных условий модели WSA. Космические исследования. 2023, т. 61, № 6, с. 447–453. DOI:https://doi.org/10.31857/S0023420623600113.
2. Калинин М.С., Крайнев М.Б., Луо С., Подгитер М.С. Влияние коротирующих областей взаимодействия солнечного ветра на долговременные вариации интенсивности галактических космических лучей. Геомагнетизм и аэрономия. 2023, т. 63, № 5, с. 570–580. DOI:https://doi.org/10.31857/S0016794023600606.
3. Калинин М.С., Крайнев М.Б., Луо С., Подгитер М.С. Влияние коротирующих областей взаимодействия солнечного ветра на интенсивность ГКЛ в 2Д задачах модуляции. Геомагнетизм и аэрономия. 2024, т. 64, № 7, с. 104–114. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016793224700154R.
4. Крайнев М.Б., Калинин М.С., Базилевская Г.A. и др. О проявлении коротирующих областей взаимодействия солнечного ветра в вариациях интенсивности ГКЛ. Солнечно-земная физика. 2023, т. 9, № 1, с. 10–21. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-91202302 / Krainev M.B., Kalinin M.S., Bazilevskaya G.A., et al. Manifestation of solar wind corotating interaction regions in gcr intensity variations Sol.-Terr. Phys. 2023, vol. 9, iss. 1, pp. 9–20. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-91202302.
5. Arge C.N., Pizzo V.J. Improvement in the prediction of solar wind conditions using near‐real time solar magnetic field updates. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2000, vol. 105, no. A5, pp. 10465–10479. DOI:https://doi.org/10.1029/1999JA900262.
6. Belcher J.W., Davis Jr L. Large‐amplitude Alfvén waves in the interplanetary medium, 2. J. Geophys. Res. 1971, vol. 76, no. 16, pp. 3534–3563. DOI:https://doi.org/10.1029/JA076i016p03534.
7. Burlaga L.F., Klein L.W., Lepping R.P., Behannon K.W. Large‐scale interplanetary magnetic fields: Voyager 1 and 2 observations between 1 AU and 9.5 AU. J. Geophys. Res.: Space Phys. 1984, vol. 89, no. A12, pp. 10659–10668. DOI:https://doi.org/10.1029/JA089iA12p10659.
8. Forsyth R.J., Gosling J.T. Corotating and transient structures in the heliosphere. The Heliosphere Near Solar Minimum. The Ulysses Perspective. 2001, pp. 107–166.
9. Gosling J.T., Pizzo V.J. Formation and evolution of corotating interaction regions and their three dimensional structure. Space Sci. Rev. 1999, vol. 89, no. 1, pp. 21–52. DOI:https://doi.org/10.1023/A:1005291711900.
10. Guo X., Florinski V. Corotating interaction regions and the 27 day variation of galactic cosmic rays intensity at 1 AU during the cycle 23/24 solar minimum. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2014, vol. 119, no. 4, pp. 2411–2429. DOI:https://doi.org/10.1002/2013JA019546.
11. Guo X., Florinski V. Galactic cosmic-ray intensity modulation by corotating interaction region stream interfaces at 1 AU. Astrophys. J. 2016, vol. 826, no. 1, p. 65. DOI:https://doi.org/10.3847/0004637X/826/1/65.
12. Hoeksema J.T. Structure and evolution of the large scale solar and heliospheric magnetic fields: PHD Thesis (Phys.). Stanford University, 1984, 222 p.
13. Hundhausen A.J., Gosling J.T. Solar wind structure at large heliocentric distances: An interpretation of Pioneer 10 observations. J. Geophys. Res. 1976, vol. 81, no. 7, pp. 1436–1440. DOI:https://doi.org/10.1029/JA081i007p01436.
14. Kopp A., Wiengarten T., Fichtner H. Cosmic-ray transport in heliospheric magnetic structures. II. Modeling particle transport through corotating interaction regions. Astrophys. J. 2017, vol. 837, no. 1, p. 37. DOI:https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa603b.
15. Luo X., Zhang M., Feng X., et al. A numerical study of the effects of corotating interaction regions on cosmic-ray transport. Astrophys. J. 2020, vol. 899, no. 2, p. 90. DOI:https://doi.org/10.3847/1538-4357/aba7b5.
16. Luo X., Potgieter M.S., Krainev M., et al. A numerical study of the effects of a corotating interaction region on cosmic-ray transport: some features of different cosmic-ray composition and rigidity. 38th International Cosmic Ray Conference (ICRC2023). Nagoya, 2023.
17. Luo X., Potgieter M.S., Zhang M., Shen F. A numerical study of the effects of a corotating interaction region on cosmic-ray transport. II. Features of cosmic-ray composition and rigidity. Astrophys. J. 2024, vol. 961, no. 1, p. 21. DOI:https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad0cb6.
18. Mignone A., Bodo G., Massagila S., et al. PLUTO: A numerical code for computational astrophysics. Astrophys. J. Suppl. Ser. 2007, vol. 170, no. 1, p. 228. DOI:https://doi.org/10.1086/513316.
19. Modzelewska R., Bazilevskaya G.A., Boezio M., et al. Study of the 27 day variations in GCR fluxes during 2007–2008 based on PAMELA and ARINA observations. Astrophys. J. 2020, vol. 904, no. 3, p. 13. DOI:https://doi.org/10.3847/1538-4357/abbdac.
20. Nikolic L. Modelling the magnetic field of the solar corona with potential-field source-surface and Schatten current sheet models. Natural Resources Canada. Geological Survey of Canada, open file. 2017.
21. Parker E.N. Dynamics of the interplanetary gas and magnetic fields. Astrophys. J. 1958, vol. 128, p. 664. DOI:https://doi.org/10.1086/146579.
22. Pizzo V.J., Gosling J.T. 3‐D simulation of high‐latitude interaction regions: Comparison with Ulysses results. Geophys. Res. Lett. 1994, vol. 21, no. 18, pp. 2063–2066. DOI:https://doi.org/10.1029/94GL01581.
23. Potgieter M.S. Solar modulation of cosmic rays. Living Reviews in Solar Physics. 2013, vol. 10, pp. 1–66. DOI:https://doi.org/10.12942/lrsp-2013-3.
24. Powell K.G., Roe P.L., Linde T.J., et al. A solution-adaptive upwind scheme for ideal magnetohydrodynamics. J. Computational Physics, 1999, vol. 154, no. 2, pp. 284–309. DOI:https://doi.org/10.1006/jcph.1999.6299.
25. Richardson I.G. Solar wind stream interaction regions throughout the heliosphere. Living reviews in solar physics. 2018, vol. 15, no. 1, p. 1. DOI:https://doi.org/10.1007/s41116-017-0011-z.
26. Riley P., Linker J.A., Mikic Z., Lionello R. A comparison between global solar magnetohydrodynamic and potential field source surface model results. Astrophys. J. 2006, vol. 653, no. 2, p. 1510.
27. Schatten K.H. Current sheet magnetic model for the solar corona. 1971, no. X-692-71-132.
28. Schatten K.H., Wilcox J.M., Ness N.F. A model of interplanetary and coronal magnetic fields. Solar Phys. 1969, vol. 6, pp. 442–455.
29. Shen F., Yang Z., Zhang J., et al. Three-dimensional MHD simulation of solar wind using a new boundary treatment: com parison with in situ data at Earth. Astrophys. J. 2018, vol. 866, no. 1, p. 18. DOI:https://doi.org/10.3847/1538-4357/aad806.
30. Wang Y.M., Sheeley Jr N.R. Solar wind speed and coronal flux-tube expansion. Astrophys. J. 1990, vol. 355, pp. 726–732.
31. Wang Y.X., Guo X.C., Wang C., et al. MHD modeling of the background solar wind in the inner heliosphere from 0.1 to 5.5 AU: Comparison with in situ observations. Space Weather. 2020, vol. 18, no. 6, p. e2019SW002262. DOI:https://doi.org/10.1029/2019SW002262.
32. Wiengarten T., Kleimann J., Fichtner H., et al. Cosmic ray transport in heliospheric magnetic structures. I. Modeling background solar wind using the CRONOS magnetohydrodynamic code. Astrophys. J. 2014, vol. 788, no. 1, p. 80. DOI:https://doi.org/10.1088/0004-637X/788/1/80.
33. Zhu Y.J., Shen F., Luo X., et al. Solar energetic particles intensity variations associated with a tilted-dipole 3D corotating interaction region. Earth and Planetary Physics. 2024, vol. 8, no. 5, pp. 797–810. DOI:https://doi.org/10.26464/epp2024049.
34. URL: https://github.com/predsci/POT3D (дата обращения 15 мая 2025 г.).
35. URL: http://www.swpc.noaa.gov/products/wsa-enlil-solar-wind-prediction (дата обращения 15 мая 2025 г.).
36. URL: http://solarwind.entroforce.ru (дата обращения 15 мая 2025 г.).
37. URL: http://wso.stanford.edu/Harmonic.los/ghlist.html (дата обращения 15 мая 2025 г.).
38. URL: http://wso.stanford.edu/words/pfss.pdf (дата обращения 15 мая 2025 г.).
39. URL: http://wso.stanford.edu/Harmonic.los/CR2066 (дата обращения 15 мая 2025 г.).
40. URL: https://github.com/sunpy/streamtracer (дата обращения 15 мая 2025 г.).
