ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЭФФЕКТА КОРОТАЦИИ ПОЛЯРНЫХ КОНИЧЕСКИХ ТОКОВЫХ СЛОЕВ С ИСТОЧНИКОМ НА СОЛНЦЕ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В периоды минимумов солнечной активности в высокоширотной гелиосфере преобладает поток быстрого солнечного ветра из полярных корональных дыр. Внутри этого потока могут формироваться полярные конические токовые слои (КТС), которые представляют собой поверхности в форме конуса, ограниченные крупномасштабными токовыми слоями. Конические токовые слои вытягиваются из источника внутри полярной корональной дыры на расстояния от Солнца порядка нескольких а.е., на которых они были обнаружены по данным аппарата Ulysses за 1994 и 2007 гг. Одним из неясных вопросов является наблюдаемый эффект частичной коротации конических токовых слоев с Солнцем, заключающийся в том, что ось симметрии конического токового слоя вращается вокруг оси вращения Солнца с частотой, близкой с кэррингтоновской. В данной работе предложена трехмерная кинематическая нестационарная модель распространения плазмы в области конических токовых слоев, позволяющая объяснить эффект их частичной коротации сложением радиальных потоков солнечного ветра из неоднородного вращающегося синхронно с Солнцем источника. На основе анализа данных Ulysses и с помощью новой модели показано, что движение конических токовых слоев как целого и движение вещества внутри них различаются и имеют коллективную природу, и при вращении конические токовые слои образуют закрученные в спираль конусы. Последнее объясняет имеющиеся наблюдения конических токовых слоев на различных гелиоширотах.

Об авторах

P. A. Кислов

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Email: kr-rk@bk.ru
Москва, Троицк, Россия

Список литературы

  1. Бескин В.С. Осесимметричные стационарные течения в астрофизике. М.: ФИЗМАТЛИТ, 384 с. 2006. ISBN 5-9221-0646-5.
  2. Кислов Р.А. МГД – модель высокоширотного токового слоя в гелиосфере // Ученые записки физического факультета Московского Университета. № 4. Статья 1740704. 2017.
  3. Кислов Р.А., Кузнецов В.Д. Пространственная эволюция и структура высокоскоростных потоков солнечного ветра из корональных дыр // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 62. № 6. С. 683–692. 2022. https://doi.org/10.31857/S0016794022060074
  4. Пергамент М.И. Методы исследований в экспериментальной физике. Долгопрудный: Интеллект, 300 с. 2010.
  5. Хабарова О.В., Обридко В.Н., Кислов Р.А., Малова Х.В., Бемпорад А., Зелёный Л.М., Кузнецов В.Д., Харшиладзе А.Ф. Эволюция скорости солнечного ветра с расстоянием от Солнца в зависимости от фазы цикла. Сюрпризы от Ulysses и неожиданности по данным наблюдений короны // Физика плазмы. Т. 44. № 9. С. 752–766. 2018. https://doi.org/10.1134/S0367292118090068
  6. Barnes C.W., Simpson J.A. Evidence for interplanetary acceleration of nucleons in corotating interaction regions // Astrophys. J. V. 210. P. L91–L96. 1976. https://doi.org/10.1086/182311
  7. Burger R.A., Krüger T.P.J., Hitge M., Engelbrecht N.E. A Fisk-Parker hybrid heliospheric magnetic field with a solar-cycle dependence // Astrophys. J. V. 674. № 1. P. 511–519. 2008. https://doi.org/10.1086/525039
  8. Burlaga L.F. Corotating pressure waves without fast streams in the solar wind // J. Geophys. Res. – Space. V. 88. № 8. P. 6085–6094. 1983. https://doi.org/10.1029/JA088iA08p06085
  9. Burlaga L.F., Klein L.W. Configurations of corotating shocks in the outer heliosphere // J. Geophys. Res. – Space. V. 91. № 8. P. 8975–8980. 1986. https://doi.org/10.1029/JA091iA08p08975
  10. Chhiber R., Usmanov A.V., Matthaeus W.H., Goldstein M.L. Contextual predictions for the Parker Solar Probe. I. Critical surfaces and regions // Astrophys. J. V. 241. № 1. ID 11. 2019. https://doi.org/10.3847/1538-4365/ab0652
  11. Chhiber R., Pecora F., Usmanov A.V., Matthaeus W.H., Goldstein M.L., Roy S., Wang J., Thepthong P., Ruffolo D. The Alfven transition zone observed by the Parker Solar Probe in young solar wind – global properties and model comparisons // Mon. Not. R. Astron. Soc. V. 533. № 1. P. L70–L75. 2024. https://doi.org/10.1093/mnrasl/slae051
  12. Cranmer S.R., Chhiber R., Gilly C.R., Cairns I.H., Colaninno R.C., McComas D.J., Raouafi N.E., Usmanov A.V., Gibson S.E., DeForest C.E. The Sun’s Alfven surface: Recent insights and prospects for the Polarimeter to Unify the Corona and Heliosphere (PUNCH) // Sol. Phys. V. 298. № 11. ID 126. 2023. https://doi.org/10.1007/s11207-023-02218-2
  13. Dennison P., Hewish A. The solar wind outside the plane of the ecliptic // Nature. V. 213. № 5074. P. 343–346. 1967. https://doi.org/10.1038/213343a0
  14. Engelbrecht N.E., Mohlolo S.T., Ferreira S.E.S. An improved treatment of neutral sheet drift in the inner heliosphere // Astrophys. J. Lett. V. 884. № 2. ID L54. 2019. doi: 10.3847/2041-8213/ab4ad6
  15. Fahr H.-J., Fichtner H. Physical reasons and consequences of a three-dimensionally structured heliosphere // Space Sci. Rev. V. 58. № 1. P. 193–258. 1991. https://doi.org/10.1007/BF01206002
  16. Fisk L.A. Motion of the footpoints of heliospheric magnetic field lines at the Sun: Implications for recurrent energetic particle events at high heliographic latitudes // J. Geophys. Res. – Space. V. 101. № 7. P. 15547–15553. 1996. https://doi.org/10.1029/96JA01005
  17. Hartman C., Benes B. Autonomous voids // Comput. Animal. Virt. W. V. 17. № 3–4. P. 199–206. 2006. https://doi.org/10.1002/cav.123
  18. Khabarova O.V., Malova H.V., Kislov R.A., Zelenyi L.M., Obridko V.N., Kharzhidade A.F., Tokumaru M., Sokół J.M., Grzedzielski S., Fujiki K. High-latitude conic current sheets in the solar wind // Astrophys. J. V. 836. № 1. ID 108. 2017. https://doi.org/10.3847/1538-4357/836/1/108
  19. Khabarova O., Zharkova V., Xia Q., Malandraki O. Counterstreaming strains and heat flux dropouts as possible signatures of local particle acceleration in the solar wind // Astrophys. J. Lett. V. 894. № 1. ID L12. 2020. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab86b8
  20. Khabarova O., Malandraki O., Malova H., Kislov R., Greco A., Bruno R., Pezzi O., Servidio S., Li G., Matthaeus W., Le Roux J., Engelbrecht N.E., Pecora F., Zelenyi L., Obridko V., Kuznetsov V. Current sheets, plasmoids and flux ropes in the heliosphere. Part I. 2-D or not 2-D? General and observational aspects // Space Sci. Rev. V. 217. № 3. ID 38. 2021a. https://doi.org/10.1007/s11214-021-00814-x
  21. Khabarova O., Sagitov T., Kislov R., Li G. Automated identification of current sheets – a new tool to study turbulence and intermittency in the solar wind // J. Geophys. Res. – Space. V. 126. № 8. 2021b. https://doi.org/10.1029/2020JA029099
  22. Kislov R.A., Khabarova O.V., Malova H.V. A new stationary analytical model of the heliospheric current sheet and the plasma sheet // J. Geophys. Res. – Space. V. 120. № 10. P.8210–8228.2015.https://doi.org/10.1002/2015JA021294
  23. Kislov R.A., Khabarova O.V., Malova H.V. Quasi-stationary current sheets of the solar origin in the heliosphere // Astrophys. J. V. 875. № 1. ID 28. 2019. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab0dff
  24. Kislov R.A. The stationary electric field in the heliosphere and its possible relation to current sheets // Universe. V. 8. № 3. ID 152. 2022. https://doi.org/10.3390/universe8030152
  25. Kislov R.A. Internal structure of the magnetic funnel in the polar heliosphere // Solar Syst. Res. V. 58. Suppl. 1. P. S105-S114. 2024. https://doi.org/10.1134/S003809462460104X
  26. Krieger A.S., Timothy A.F., Roelof E.C. A coronal hole and its identification as the source of a high velocity solar wind stream // Sol. Phys. V. 29. № 2. P. 505–525. 1973. https://doi.org/10.1007/BF00150828
  27. Levine R.H., Schulz M., Frazier E.N. Simulation of the magnetic structure of the inner heliosphere by means of a non-spherical source surface // Sol. Phys. V. 77. № 1–2. P. 363–392. 1982. https://doi.org/10.1007/BF00156118
  28. Lin C.C., Shu F.H. On the spiral structure of the disk galaxies // Astrophys. J. V. 140. № 2. P. 646–655. 1964. https://doi.org/10.1086/147955
  29. Maiewski E.V., Kislov R.A., Khabarova O.V., Malova H.V., Popov V.Yu., Petrukovich A.A., Zelenyi L.M. Magnetohydrodynamic modeling of the solar wind key parameters and current sheets in the heliosphere: radial and solar cycle evolution // Astrophys. J. V. 892. № 1. ID 12. 2020. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab712c
  30. Newell G.F. A simplified theory of kinematic waves in highway traffic, part I: General theory // Transport. Res. B – Meth. V. 27. № 4. P. 281–287. 1993. https://doi.org/10.1016/0191-2615(93)90038-C
  31. Obridko V., Fomichev V., Kharshiladze A.F., Zhitnik I., Slemzin V., Hathaway D., Wu S.T. Analyses and modelling of coronal holes observed by CORONAS-I. I. Morphology and magnetic field configuration // Astronomical & Astrophysical Transactions. V. 18. № 6. P. 819–828. 2000. https://doi.org/10.1080/10556790008208176
  32. Obridko V.N., Shelting B.D. Relationship between the parameters of coronal holes and high-speed solar wind streams over an activity cycle // Sol. Phys. V. 270. № 1. P. 297–310. 2011. https://doi.org/10.1007/s11207-011-9753-2
  33. Obridko V.N., Sokoloff D.D., Shelting B.D., Shibalova A.S., Livshits I.M. Cyclic variations in the main components of the solar large-scale magnetic field // Mon. Not. R. Astron. Soc. V. 492. № 4. P. 5582–5591. 2020 https://doi.org/10.1093/mnras/staa147
  34. Parker E.N. Dynamics of the interplanetary gas and magnetic fields // Astrophys. J. Lett. V. 128. P. 664–676. 1958. https://doi.org/10.1086/146579
  35. Phillips J.L., Bame S.J., Feldman W.C., Goldstein B.E., Gosling J.T., Hammond C.M., McComas D.J., Neugebauer M., Scime E.E., Suess S.T. Ulysses solar wind plasma observations at high southerly latitudes // Science. V. 268. № 5213. P. 1030–1033. 1995. https://doi.org/10.1126/science.268.5213.1030
  36. Pizzo V., Millward G., Parsons A., Biesecker D., Hill S., Odstrcil D. Wang-Sheeley-Arge-Enlilconvections to operations // Space Weather. V. 9. № 3. ID S03004. 2011. https://doi.org/10.1029/2011SW000663
  37. Pneuman G.W., Kopp R.A. Gas-magnetic field interactions in the solar corona // Sol. Phys. V. 18. № 2. P. 258–270. 1971. https://doi.org/10.1007/BF00145940
  38. Russell C.T., Luhmann J.G., Strangeway R.J. Space Physics: An Introduction. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 512 pp. 2016. ISBN 9781107098824.
  39. Smith E.J., Neugebauer M., Balogh A., Bame S.J., Erdos G., Forsyth R.J., Goldstein B.E., Phillips J.L., Tsurutani B.T. Disappearance of the heliospheric sector structure at Ulysses // Geophys. Res. Lett. V. 20. № 21. P. 2327–2330. 1993. https://doi.org/10.1029/93GL02632
  40. Smith E.J. The heliospheric current sheet // J. Geophys. Res. – Space. V. 106. № 8. P. 15819–15831. 2001. https://doi.org/10.1029/2000JA000120
  41. Tokumaru M., Kojima M., Fujiki K. Solar cycle evolution of the solar wind speed distribution from 1985 to 2008 // J. Geophys. Res. – Space. V. 115. № 4. ID A04102. 2010. https://doi.org/10.1029/2009JA014628
  42. Wang Y.-M. Solar cycle variation of the Sun’s low-order magnetic multipoles: heliospheric consequences // Space Sci. Rev. V. 186. № 1–4. P. 387–407. 2014. https://doi.org/10.1007/s11214-014-0051-9
  43. Wang Y.-M., Sheeley N.R. Predicting the solar wind speed and interplanetary sector structure during solar cycles 21–25 // Astrophys. J. V. 985. № 1. ID 54. 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adebaa
  44. Wilcox J.M., Ness N.F. Quasi-stationary corotating structure in the interplanetary medium // J. Geophys. Res. V. 70. № 23. P. 5793–5805. 1965. https://doi.org/10.1029/JZ070i023p05793
  45. Winterhalter D., Smith E.J., Burton M.E., Murphy N., McComas D.J. The heliospheric plasma sheet // J. Geophys. Res. – Space. V. 99. № 4. P. 6667–6680. 1994. https://doi.org/10.1029/93JA03481
  46. Zank G.P., le Roux J.A., Webb G.M., Dosch A., Khabarova O. Particle acceleration via reconnection processes in the supersonic solar wind // Astrophys. J. V. 797. № 1. ID 28. 2014. https://doi.org/10.1088/0004-637X/797/1/28
  47. Zharkova V.V., Khabarova O.V. Particle dynamics in the reconnecting heliospheric current sheet: solar wind data versus three-dimensional particle-in-cell simulations // Astrophys. J. V. 752. № 1. ID 35. 2012. https://doi.org/10.1088/0004-637X/752/1/35

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).