Criteria for Forcast of Proton Events by Real-Time Solar Observations

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The sequence of overcoming threshold values of a number of physical characteristics for proton event forecast in real time is discussed. Each characteristic adds a new physical meaning that refines the forecast. To take into account all the characteristics, the following continuous patrol observations are necessary: 1) the magnetic field of the active region (ascent of the flux) and the general magnetic field of the Sun, which can predict the onset of flare activity several days before the main events; 2) soft X-ray radiation in two channels to calculate the temperature (T) and the measure emission of plasma, which can show the preheating to T > 10 MK required to begin proton acceleration (the first minutes before the start of hard X-ray (HXR) radiation with energies >100 keV); 3) HXR radiation >100 keV or microwave radiation (>3 GHz), which indicate the intensity and duration of operation of the electron accelerator (units and tens of minutes before the arrival of protons with energies >100 MeV); 4) radio emission at plasma frequencies (< 1000 MHz), showing the development of the flare process upward into the corona and leading to a coronal mass ejection (CME) several minutes before the onset of radio bursts of types II and IV (the first tens of minutes before the appearance of a CME in the field of view of the coronagraph); 5) the direction and speed of CME propagation, which determine the conditions for the release of accelerated protons into the heliosphere. These stages of solar proton flares are illustrated by observations of proton events on August 2—9, 2011. To quantitatively predict the onset time, maximum and magnitude of the proton flux, as well as its fluence, it is necessary to create statistical regression models based on all of the listed characteristics of past solar proton events.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

A. Struminsky

Space Research Institute of the Russian Academy of Science (IKI)

Autor responsável pela correspondência
Email: astruminsky@gmail.com
Rússia, Moscow

A. Sadovskii

Space Research Institute of the Russian Academy of Science (IKI)

Email: astruminsky@gmail.com
Rússia, Moscow

I. Grigorieva

Main (Pulkovo) Astronomical Observatory of the Russian Academy of Sciences

Email: astruminsky@gmail.com
Rússia, St. Petersburg

Bibliografia

  1. Белов А.В. Вспышки, выбросы, протонные события // Геомагнетизм и aэрономия. 2017. Т. 57. № 6. С. 783—793. https://doi.org/10.7868/S0016794017060025
  2. Герштейн С.С. Механизм коллективного ускорения солнечных космических лучей // Геомагнетизм и aэрономия. 1979. Т. 19. № 2. С. 202—210.
  3. Григорьева И.Ю., Струминский А.Б., Логачев Ю.И., Садовский А.М. Корональное распространение солнечных протонов во время и после их стохастического ускорения // Космич. исслед. 2023. Т. 61. № 3. С. 230—241. https://doi.org/10.31857/S0023420622600246
  4. Григорьева И.Ю., Струминский А.Б. Формирование источника солнечных космических лучей в эруптивных вспышках X6.99 августа 2011 года M5.117 мая 2012 года // Астрон. журн. 2022. Т. 99. № 6. С. 486—495. https://doi.org/10.31857/S0004629922060044
  5. Ишков В.Н. Прогноз солнечных вспышечных явлений: солнечные протонные события // Изв. РАН. Сер. физ. 2023. Т. 87. № 7. С. 1010—1013.
  6. Кузнецов Н.В. Радиационные условия на орбитах космических аппаратов. Гл. 3.9 // Модель космоса: научно-информационное издание в 2 т. Т. 1: Физические условия в космическом пространстве // Ред. М.И. Панасюк, Л.С. Новиков. М.: КДУ, 2007. С. 627—641.
  7. Логачев Ю.И., Базилевская Г.А., Дайбог Е.И., Ишков В.Н., Лазутин Л.Л., Сурова Г.М. Новый параметр в описании событий СКЛ — Энергия баланса между солнечными и галактическими протонами // Ядерная физика. 2018. Т. 81. № 3. С. 371—376. https://doi.org/10.7868/S0044002718030121I
  8. Лысенко А.Л., Фредерикс Д.Д., Флейшман Г.Д. и др. Рентгеновское и гамма-излучение солнечных вспышек // УФН. 2020. Т. 190. С. 878—894. https://doi.org/10.3367/UFNr.2019.06.038757.
  9. Нымник Р.А. Модель солнечных космических лучей. Гл. 2.7 // Модель космоса: научно-информационное издание в 2 т. Т. 1: Физические условия в космическом пространстве / Ред. М.И. Панасюк, Л.С. Новиков. М.: КДУ, 2007. С. 402—416.
  10. Саранцев В.П., Перельштейн Э.А. Коллективное ускорение ионов электронными кольцами. М.: Атомиздат, 1979. С. 210.
  11. Струминский А.Б., Садовский А.М., Григорьева И.Ю. Расширение источника мягкого рентгеновского излучения и “магнитная детонация” в солнечных вспышках // Письма в АЖ. 2023. Т. 49. № 11. С. 806–818.
  12. Струминский А.Б., Григорьева И.Ю., Логачев Ю.И., Садовский А.М. Солнечные электроны и протоны в событиях 4—10 сентября 2017 года и сопутствующие явления // Физика плазмы. 2020. Т. 46. № 2. С. 139—153. https://doi.org/10.31857/S0367292120020134
  13. Струминский А.Б., Григорьева И.Ю., Логачев Ю.И., Садовский А.М. Связь между длительностью и величиной ускорения корональных выбросов массы // Геомагнетизм и аэрономия. 2021. Т. 61. № 6. С. 683—693. https://doi.org/10.31857/S001679402105014X
  14. Черток И.М. Диагностический анализ солнечных протонных вспышек сентября 2017 г. по их радиовсплескам // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58. № 4. С. 471—478.
  15. Цап Ю.Т., Мельников В.Ф. Температура столкновительной плазмы и бетатронное ускорение квазитепловых электронов в солнечных вспышках // Письма в Астрон. журн. 2023. Т. 48. № 4. С. 289—209.
  16. Ajello M., Baldini L., Bastieri R., et al. First Fermi-LAT solar flare catalog // Astrophys. J. Suppl. 2021. V. 252. P. 13. https://doi.org/10.3847/1538-4365/abd32e
  17. Alberti L.M., Cliver E.W., Storini M., Consolini G., Lepreti F. Solar activity from 2006 to 2014 and short-term forecasts of solar proton events using the ESPERTA model // Astrophys. J. 2017. V. 838. P. 59. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa5cb8
  18. Altyntsev A.T., Meshalkina N.S., Lysenko A.L., Fleishman G.D. Rapid variability in the SOL2011—08—04 flare: implications for electron acceleration // Astrophys. J. 2019. V. 883. P. 38. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab380
  19. Aschwanden M.J. The localization of particle acceleration sites in solar flares and CMEs // Space Sci. Rev. 2006. V. 124. P. 361—372.
  20. Balch C.C. Updated verification of the Space Weather Prediction Center’s solar energetic particle prediction model // Space Weather. 2008. V. 6. P. S01001. https://doi.org/10.1029/2007SW000337
  21. Belov A., Kurt V., Mavromichalaki H., Gerontidou M. Peak-size distributions of proton fluxes and associated soft X-ray flares // Sol. Phys. 2007. V. 246. № 2. P. 457—470.
  22. Garcia H.A. Temperature and emission measure from GOES soft X-ray measurements // Sol. Phys. 1994a. V. 154. P. 275—308. https://doi.org/10.1007/BF00681100
  23. Garcia H.A. Temperature and hard X-ray signatures for energetic proton events // Astrophys. J. 1994b. V. 420. P. 422—432. https://doi.org/10.1086/173572
  24. Garcia H.A. Forecasting methods for occurrence and magnitude of proton storms with solar soft X-rays // Space Weather. 2004. V. 2. P. S02002. https://doi.org/10.1029/2003SW000001
  25. García-Rigo A., Núñez M., Qahwaji R., Ashamari O., Jiggens P., Pérez G., Hernández-Pajares M., Hilgers A. Prediction and warning system of SEP events and solar flares for risk estimation in space launch operations // J. Space Weather Space Clim. 2016. V. 6. P. A28. https://doi.org/10.1051/swsc/2016021
  26. Gopalswamy N., Yashiro G., Michalek G., et al. The SOHO/LASCO CME catalog // Earth, Moon, Planet. 2009. V. 10. P. 4.
  27. Grigor’eva I. Yu., Struminsky A.B. Flares unaccompanied by interplanetary coronal mass ejections and solar proton events // Geomagn. Aeronomy. 2021. V. 61. Art. ID1263. https://doi.org/10.1134/S0016793221080090
  28. Hudson H.S. Threshold effect in second-stage acceleration // Sol. Phys. 1978. V. 57. P. 237—240.
  29. Hudson H.S., Simões P.J.A., Fletcher L., Hayes L.A., Hannah I.G. Hot X-ray onsets of solar flares. 2021. https://doi.org/10.1093/mnras/staa3664, arXiv:2007.05310
  30. Kahler S.W., Ling A.G. A comparison of solar X-ray flare timescales and peak temperatures with associated coronal mass ejections // Astrophys. J. 2022. V. 934. P. 175 (P. 9). https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac7e56
  31. Kahler S.W., White S.M., Ling A.G. Forecasting E > 50-MeV proton events with the proton prediction system (PPS) // J. Space Weather Space Clim. 2017. V. 7. P. A27. https://doi.org/10.1051/swsc/2017025
  32. Kahler S.W. Solar energetic particle events and the Kiplinger Effect // Astrophys. J. 2012. V. 747. P. 66. https://doi.org/10.1088/0004-637X/747/1/66
  33. Kallenrode M.B., Cliver E.W. Rogue SEP events: observational aspects // Proceedings of the 27th International Cosmic Ray Conference. Hamburg, Germany, August 7–15, 2001. Under auspices of the IAUPAP. P. 3314.
  34. Kiplinger A. Comparative studies of hard X-ray spectral evolution in solar flares with high energy proton events observed at Earth // Astrophys. J. 1995. V. 453. P. 973—986. https://doi.org/10.1086/176457
  35. Klein K.-L., Trottet G., Klassen A. Energetic particle acceleration and propagation in strong CME-less flares // Sol. Phys. 2010. V. 263. P. 185—208. https://doi.org/10.1007/s11207-010-9540-5
  36. Ling A.G., Kahler S.W. Peak temperatures of large X-ray flares and associated CME speeds and widths // Astrophys. J. 2020. V. 891. P. 54 (8 p). https://doi.org/103847/1538-4357/ab6f6c
  37. Müller-Mellin R., Kunow H., Fleißner V., et al. COSTEP — Comprehensive suprathermal and energetic particle analyser // Sol. Phys. 1995. V. 162. P. 483.
  38. Miller J.A., Cargill P.J., Emslie A.G., et al. Critical issues for understanding particle acceleration in impulsive solar flares // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. № A7. P. 14631—14660. https://doi.org/10.1029/97JA00976
  39. Neupert W.M. Comparison of solar X-ray line emission with microwave emission during flares // Astrophys. J. 1968. V. 153. P. L59–L64.
  40. Núñez M. Predicting solar energetic proton events (E > 10 MeV) // Space Weather. 2011. V. 9. P. S07003. https://doi.org/10.1029/2010SW000640
  41. Núñez M. Real-time prediction of the occurrence and intensity of the first hours of >100 MeV solar energetic proton events // Space Weather. 2015. V. 13. P. 807—819. https://doi.org/10.1002/2015SW001256
  42. Núñez M. Predicting well-connected SEP events from observations of solar soft X-rays and near-relativistic electrons // J. Space Weather Space Clim. 2018. V. 8. P. A3. https://doi.org/10.1051/swsc/2018023
  43. Núñez M., Paul-Pena D. Predicting >10 MeV SEP events from solar flare and radio burst data // Universe. 2020. V. 6. P. 161. https://doi.org/10.3390/universe6100161
  44. Ramaty R., Colgate S.A., Dulk G.A., et al. Energetic particles in solar flares. // Proc. of the 2nd SKYLAB Workshop on Solar Flares. Ed. P.A. Sturrock. 1978. Ch. 4. P. 117—185.
  45. Shih A.Y., Lin R.P., Smith D.M. RHESSI observations of the proportional acceleration of relativistics >0.3 MeV electrons and >30 MeV protons in solar flares // Astrophys. J. 2009. V. 698 (2). P. L152–L157.
  46. Swalwell B., Dalla S., Walsch R.W. Soalr energetic particle forcating algorthms and associated false alarms // Solar Phys. 2017. V. 292. P. 173. https://doi.org/10.10007/s11207-017-1196-y
  47. Zucca P., Núñez M., Klein K. Exploring the potential of microwave diagnostics in SEP forecasting: The occurrence of SEPevents // J. Space Weather Space Clim. 2017. V. 7. P. A13. https://doi.org/10.1051/swsc/2017011
  48. Zuccarello F.P., Seaton D.B., Mierla M., Poedts S., Rachmelz L.A., Romano P., Zuccarello F. Observational evidence of torus instability as trigger mechanism for coronal mass ejections: the 2011 August 4 filament eruption // Astrophys. J. 2014. V. 785. P. 88 (11 p). https://doi.org/10.1088/0004-637X/785/2/88

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. The period from August 2 to August 9, 2011 (the upper horizontal scale is the days of August, the lower one is the minutes from 00:00 UT on August 2, 2011). The flash plasma temperature calculated from the data of the GOES SXR detector is a black curve. The black arrow shows the threshold temperature of the flash plasma of 12 MK for proton acceleration. The proton intensity in the differential channels of the EPHIN/SOHO detector is 7.8—25 MeV (black open circles) and 25-53 MeV (gray asterisks).

Baixar (183KB)
Metadados
3. Fig. 2. Designations as in Fig. 1. The period from August 2 to August 9, 2011 is divided into segments of 2 days: (a) August 2-3, (b) August 4-5, (c) August 6-7 and (d) August 8-9. The upper horizontal scale is hours, and the lower one is minutes. The numbers on each panel correspond to the flash numbers in Tables 1-3.

Baixar (602KB)
Metadados
4. Fig. 3. ACS SPI counting rate in 50 ms (smoothed averages in 1 min, background subtracted) relative to the specified zero time UT in events 2 (light gray curve, proton signal after 25 min), 4 (gray curve, HXR 0-15 min, solar protons after 25 min), 5 (thin black curve, modulation of GCL and SCL flux after minus 25 min) and 9 (black curve, HXR 0-7 min, solar protons after 10 min) August 2011

Baixar (126KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».