Три месяца эксперимента "Плазма-Ф"

Г. Н. Застенкер, д.ф.-м.н., в.н.с. ИКИ РАН

Исполнилось три месяца со дня включения аппаратуры научного эксперимента «Плазма-Ф» на борту российского астрофизического спутника «Спектр-Р».

Среди разных других событий, имевших место за этот период (а именно - 05.08.11 – 05.11.11) можно указать на такой интересный факт, как регистрация плазменным спектрометром БМСВ очень резкого возмущения солнечного ветра, пришедшего к Земле 09 сентября 2011 г.

Первое впечатление от этого события связано с наблюдением всеми датчиками прибора БМСВ весьма резкого возрастания значений потока ионов солнечного ветра. Пример такого наблюдения тремя интегральными цилиндрами Фарадея, различным образом ориентированными по отношению к направлению на Солнце, приведен на Рис.1.

Здесь можно сразу увидеть четыре стадии данного явления:

  • некоторое небольшое (примерно в два раза) и плавное (в течение 20 минут) возрастание потока ионов по показаниям всех датчиков («подножие»);
  • очень резкое (на масштабе долей секунд) возрастание потока еще примерно в 2 раза («фронт»);
  • плавное (за примерно 35 минут) увеличение потока еще примерно в 2 раза до очень больших значений («поршень»);
  • резкое, но немонотонное уменьшение величины потока за несколько минут почти до исходных значений («спад»).

Рассмотрим несколько подробнее отдельные детали этого события.
 

Рис.1 Рис.2

Наиболее впечатляющим является, конечно, чрезвычайно резкий рост потока примерно в 16.08 (время БМСВ). Благодаря рекордно высокому временному разрешению прибора БМСВ (до 30 мс по величине потока и до 1 с по другим параметрам СВ) удалось показать, что возрастание скорости потока на этом фронте события длится не более 1 с, а возрастание величины потока примерно в 2 раза происходит за время около 0.4 с. Последнее может быть проиллюстрировано Рис.2, где показан подробно временной ход величины потока (каждая точка - 30 мс). Такое быстрое изменение интенсивности солнечного ветра наблюдалось впервые.
 

Рис.3 Рис.4

Другой знаменательной особенностью данного события является очень высокое значение интенсивности потока ионов СВ и , следовательно, его плотности. Как показано на Рис. 3, поток ионов в максимуме достигает величины около 50*108см-2с-1, что превышает более чем на порядок многолетние средние значения этого параметра.

Однако вопреки ожиданиям переносная скорость потока СВ и ее изменение в данном событии оказываются весьма небольшими. Как показано на Рис.4, скорость СВ до начала возрастания потока составляет около 340 км/с, на резком скачке потока она увеличивается всего от 350 км/с до 390 км/с и далее колеблется около 400-420 км/с. Т.е. наблюдаемое событие имеет место в низкоскоростном солнечном ветре.
Определение величины переносной скорости позволяет из измерений потока ионов определить значения плотности СВ. В максимуме потока мы получаем значения плотности около 120 см-3 , что является экстремальной величиной, превышающей примерно в 20 раз средние (т.е. наиболее часто наблюдаемые) значения. Подобная величина плотности встречалась у нас только в измерениях СВ после известного события – прихода магнитного облака 10.01.1997 г.
 

Рис.5 Рис.6

Качественно новой особенностью прибора БМСВ является возможность с его помощью определять опять-таки с очень высоким временным разрешением два угла направления потока ионов по отношению к оси прибора. На Рис.5 приведен временной ход в данном событии полярного угла потока ионов (т.е. угла между направлением потока и осью прибора) с разрешением в 30 мс.
Видно, что до начала резкого увеличения потока его направление меняется сравнительно мало и составляет около 16 град. Затем наклон потока к оси прибора начинает резко изменяться (сравни с Рис.1) уменьшаясь до 12 град. и увеличиваясь в конце события до 26 град.

Детальный анализ вариаций углов прихода потока СВ с помощью нашего прибора позволяет обнаружить ряд интересных явлений, ранее не наблюдавшихся. Например, на Рис.6 показаны квази-гармонические осцилляции полярного угла в диапазоне 1-2 град. с периодом около 10 сек., наблюдаемые перед резким фронтом возрастания потока. Этот период по порядку величины близок к периоду циклотронных колебаний протонов, но это еще требует уточнения. Данные наблюдения похожи на область форшока, регистрируемую часто перед околоземной ударной волной, но с добавлением квази-гармонического характера колебаний.

Следует еще остановиться на природе описываемого явления. Могут быть предложены две гипотезы:

  • что это межпланетная ударная волна (МУВ); но с этим плохо согласуется то обстоятельство, что скорость СВ после фронта МУВ очень близка к скорости самой ударной волны, определенной по регистрации возмущения на двух КА;
  • что это набегание быстрого потока на медленный, вызывающее сильное сжатие плазмы СВ на фронте скачка скорости («нагребание»).

Дальнейшие исследования позволят, очевидно, уточнить этот вопрос.