Нелинейные эффекты распространения быстрых магнитозвуковых волн в солнечной корональной плазме
Диссертация
Проведенное теоретическое исследование показывает, что при описании распространения и эволюции быстрых магнитозвуковых волн в солнечной короне необходим учет их нелинейного характера. Это позволяет количественно более точно описать кинематические и энергетические характеристики волн, выявить пути распространения и места возможной концентрации волновой энергии. Полученные результаты могут быть… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Лучевой метод расчета распространения быстрых магнитозвуковых волн в солнечной короне
- 1. 1. Приближение линейной геометрической акустики
- 1. 2. Метод нелинейной геометрической акустики
- 1. 3. Расчет амплитуды волны с помощью присоединенной системы уравнений
- 1. 4. Выводы
- Глава 2. Моделирование распространения крупномасштабных корональных быстрых магнитозвуковых волн
- 2. 1. Крупномасштабные волны в солнечной короне
- 2. 2. Распространение волн Мортона и Е1Т волн в сферически-симметричной солнечной короне
- 2. 3. Моделирование распространения реальной Е1Т волны и сравнение с наблюдениями
- 2. 4. Исследование распространения быстрой магнитозвуковой волны в магнитосфере активной области
- 2. 5. Выводы
- Глава 3. Нелинейные эффекты распространения быстрой магнитозвуковой волны вблизи двумерной магнитной нулевой точки. ВО
- 3. 1. Обзорные сведения о распространении быстрых магнитозвуковых волн в окрестности нулевой точки магнитного поля
- 3. 2. Анализ распространения линейной волны вблизи двумерной магнитной нулевой точки
- 3. 2. 1. Линейная волна в холодной плазме
- 3. 2. 2. Линейная волна в теплой плазме
- 3. 3. Анализ распространения ударной волны вблизи двумерной магнитной нулевой точки
- 3. 3. 1. Ударная волна в холодной плазме
- 3. 3. 2. Ударная волна в теплой плазме
- 3. 4. Выводы
Список литературы
- Nakariakov V.M., Verwichte E. Coronal waves and oscillations 1. I Living Rev. Solar Phys. 2005. V. 2. № 3. http://www.livingreviews.org/lrsp-2005−3.
- Roberts B. Waves and Oscillations in the Corona // Solar Phys. 2000. V. 193. P. 139−152.
- Vrsnak В., Cliver E.W. Origin of coronal shock waves // Solar Phys. 2008. V. 253. P. 215−235.
- Warmuth A. Large-scale waves and shocks in the solar corona. In: The high energy solar corona: waves, eruptions, particles / Eds. Klein K.-L., MacKinnon A.L. Berlin Springer Verlag // Lect. Notes Phys. 2007. V. 725. P. 107 138.
- Aschwanden M.J. Physics of the Solar Corona: An Introduction. Chichester Praxis Publishing Ltd and Berlin Springer Verlag. 2004. 842 p.
- Zhukov A.N. EIT wave observations and modeling in the STEREO era // J. Atm. Solar-Terrest. Phys. 2011. V. 73. P. 1096−1116.
- Прист Э.Р. Солнечная магнитогидродинамика. M.: Мир. 1985. 592 с.
- Сомов Б.В. Космическая электродинамика и физика Солнца. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1993. 288 с.
- Grechnev V.V., Uralov A.M., Slemzin V.A., Chertok I.M., Kuzmenko I.V., Shibasaki K. Absorption phenomena and a probable blast wave in the 13 July 2004 eruptive event // Solar Phys. 2008. V. 253. P. 263−290.
- Филиппов Б.П. Эруптивные процессы на Солнце. М.: Физматлит. 2007. 216 с.
- Плазменная гелиофизика. Т. I / Под ред. Зеленого JI.M., Веселовско-го И.С. М.: Физматлит. 2008. 672 с.
- Hood A.W. Coronal Heating. In: Jets from Young Stars IV / Eds. Garcia P.J.V., Ferreira J. M. Berlin Springer Verlag // Lect. Notes Phys. 2010. V. 793. P. 109−160.
- Прист Э., Форбс Т. Магнитное пересоединение: магнитогидродинамиче-ская теория и приложения. М.: Физматлит. 2005. 592 с.
- Сыроватский С.И. Динамическая диссипация магнитной энергии в окрестности нейтральной линии магнитного поля // Журн. экперим. теоре-тич. физики. 1966. Т. 50. С. 1133−1147.
- Буланов С.В., Сыроватский С. И. Магнитогидродинамические колебания и волны в окрестности нулевой линии магнитного поля // Физика плазмы. 1980. Т. 6. С. 1205−1218.
- Uchida Y. Diagnosis of coronal magnetic structure by flare-associated hy-dromagnetic disturbances // Publ. Astron. Soc. Japan. 1970. V. 22. P. 341 364.
- Nakariakov V.M., Verwichte E. Seismology of the corona of the Sun // Astron. Geophys. 2004. V. 45. P. 4.26−4.27.
- Uchida Y. Propagation of hydromagnetic disturbances in the solar corona and Moreton’s wave phenomenon // Solar Phys. 1968. V. 4. P. 30−44.
- Wang Y.-M. EIT waves and fast-mode propagation in the solar corona // As-trophys. J. 2000. V. 543. P. L89-L93.
- Patsourakos S., Vourlidas A., Wang Y.M., Stenborg G., Thernisien A. What is the nature of EUV waves? First STEREO 3D observations and comparison with theoretical models // Solar Phys. 2009. V. 259. P. 49−71.
- Warmuth A., Vrsnak В., Aurass H., Hanslmeier A. Evolution of two EIT/Ha Moreton waves // Astrophys. J. 2001. V. 560. P. L105-L109.
- Warmuth A., Vrsnak В., Magdalenic J., Hanslmeier A., Otruba W. A multi-wavelength study of solar flare waves: I. Observations and basic properties // Astron. Astrophys. 2004. V. 418. P. 1101−1115.
- Warmuth A., Vrsnak В., Magdalenic J., Hanslmeier A., Otruba W. A multi-wavelength study of solar flare waves: II. Perturbation characteristics and physical interpretation // Astron. Astrophys. 2004. V. 418. P. 1117−1129.
- Longcope D.W. Topological methods for the analysis of solar magnetic fields // Living Rev. Solar Phys. 2005. V. 2. № 7. http://www.livingreviews.org/ lrsp-2005−7.
- McLaughlin J.A., Hood A.W., De Moortel I. Review article: MHD wave propagation near coronal null points of magnetic fields // Space Sci. Rev. 2011. V. 158. P. 205−236.
- McLaughlin J.A., Hood A.W. MHD wave propagation in the neighbourhood of a two-dimensional null point // Astron. Astrophys. 2004. V. 420. P. 11 291 140.
- McLaughlin J.A., Hood A.W. MHD mode coupling in the neighbourhood of a 2D null point // Astron. Astrophys. 2006. V. 459. P. 641−649.
- McLaughlin J.A., Ferguson J.S.L., Hood A.W. 3D MHD coronal oscillations about a magnetic null point: Application of WKB theory // Solar Phys. 2008. V. 251. P. 563−587.
- Nakariakov V.M., Melnikov V.F. Quasi-periodic pulsations in solar flares // Space Sci. Rev. 2009. V. 149. P. 119−151.
- Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны. М.: Мир. 1977. 623 с.
- Наугольных К.А., Островский JI.A. Нелинейные волновые процессы в акустике. М.: Наука. 1990. 237 с.
- Uralova S.V., Uralov A.M. WKB approach to the problem of MHD shock propagation through the heliospheric current sheet // Solar Phys. 1994. V. 152. P. 457−479.
- Kocharov L.G., Lee J.W., Zirin H., Kovaltsov G.A., Usoskin I.G., Pyle K.R., Shea M.A., Smart D.F. Neutron and electromagnetic emissions during the 1990 May 24 solar flare // Solar Phys. 1994. V. 155. P. 149−170.
- Vainio R., Khan J.I. Solar energetic particle acceleration in refracting coronal shock waves // Astrophys. J. 2004. V. 600. P. 451−457.
- Afanasyev A.N., Uralov A.M. Coronal shock waves, EUV waves, and their relation to CMEs. II. Modeling MHD shock wave propagation along the solarsurface, using nonlinear geometrical acoustics // Solar Phys. 2011. V. 273. P. 479−491.
- Afanasyev A.N., Uralov A.M. Modelling the propagation of a weak fastmode MHD shock wave near a 2D magnetic null point, using nonlinear geometrical acoustics // Solar Phys. 2012. DOI: 10.1007/sl 1207−012−0022−9.
- Afanasyev A.N., Uralov A.M., Grechnev V.V. Using the nonlinear geometrical acoustics method in the problem of Moreton and EUV wave propagation in the solar corona// Geomag. Aeronomy. 2011. V. 51. P. 1015−1023.
- Афанасьев A.H., Уралов A.M., Гречнев B.B. Распространение слабых МГД ударных волн в солнечной короне // Труды XI Конф. молодых ученых «Гелио- и геофизические исследования» БШФФ-2009. Иркутск. 2009. С. 229−231.
- Афанасьев А.Н. Особенности распространения быстрой магнитозвуко-вой волны вблизи магнитной нулевой точки // Труды XII Конф. молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом» БШФФ-2011. Иркутск. 2011. С. 53−55.
- Афанасьев А.Н., Уралов A.M., Гречнев В. В. Использование метода нелинейной геометрической акустики в задаче о распространении волн Мортона и EUV-волн в солнечной короне // Солнечно-земная физика. 2011. Вып. 17. С. 3−10.
- Afanasyev A., Uralov A., Grechnev V. Modeling the propagation of shock-associated EUV waves // Electronic abstract book «CESRA 2010. Scientific Program & Abstracts». La Roche en Ardenne (Belgium). 2010. P. 87.
- Grechnev V., Uralov A., Afanasyev A., Chertok I., Kubo Y. On a relation between shock-associated EIT waves and type II radio bursts // Electronic abstract book «CESRA 2010. Scientific Program & Abstracts». La Roche en Ardenne (Belgium). 2010. P. 89.
- Афанасьев А.Н., Уралов A.M., Гречнев В. В. Моделирование распространения магнитогидродинамических корональных волн // Сб. тез. 5-ой
- Ежегодной конференции «Физика плазмы в солнечной системе» на CD. Москва. 2010. С. 95. http://solarwind.cosmos.ru/txt/conf2010thesis.pdf.
- Grechnev V., Uralov A., Afanasyev A., Chertok I., Kuzmenko I. An up-to-date view on the origin and relations between solar eruptions, CMEs, and associated waves // International Workshop Proc. «The Sun: from quiet to active -2011». Moscow. 2011. P. 17.
- Grechnev V., Uralov A., Chertok I., Afanasyev A. The onset and propagation of CMEs and coronal waves. International Workshop Proc. «The Sun: from active to quiet». Moscow. 2009. P. 37.
- Кравцов Ю.А., Орлов Ю. И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М.: Наука. 1980. 304 с.
- Bazer J., Hurley J. Geometrical Hydromagnetics // J. Geophys. Res. 1963. V. 68. P. 147−174.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. VI. Гидродинамика. М.: Физматлит. 2001. 736 с.
- Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. М.: Наука. 1981.208 с.
- Weinberg S. Eikonal Method in Magnetohydrodynamics // 1962. Phys. Rev. V. 126. P. 1899−1909.
- Barnes A. Theory of magnetohydrodynamic waves: The WKB approximation revisited//J. Geophys. Res. 1992. V. 97. P. 12 105−12 112.
- Bazer J., Fleischman O. Propagation of weak hydromagnetic discontinuities // Phys. Fluids. 1959. V. 2. P. 366−378.
- Куликовский А.Г., Любимов Г. А. Магнитная гидродинамика. М.: Логос. 2005. 328 с.
- Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука. 1973. 832 с.
- Уралов A.M. Затухание уединенных МГД ударных волн малой интенсивности в плавно-неоднородной среде // Магнитная гидродинамика. 1982. № 1.С. 45−50.
- Зельдович Я.Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука. 1966. 688с.
- Руденко О.В., Солуян С. И. Теоретические основы нелинейной акустики. М.: Наука. 1975.288 с.
- Зарембо Л.К., Красильников В. А. Введение в нелинейную акустику. М.: Наука. 1966. 520 с.
- Губкин К.Е. Нелинейная геометрическая акустика и ее приложения. В сб. Некоторые проблемы математики и механики / Под ред. Александровского Б. М., Назарянц Т. М. Новосибирск: Изд. СО АН СССР. 1961. С.69−76.
- Половин Р.В., Демуцкий В. П. Основы магнитной гидродинамики. М.: Энергоатомиздат. 1987. 208 с.
- Ахиезер А.И., Ахиезер И. А., Половин Р. В., Ситенко А. Г., Степанов К. Н. Электродинамика плазмы. М.: Наука. 1974. 720 с.
- Уралов A.M. К ударным волнам в магнитной гидродинамике вдали от места их возникновения // Магнитная гидродинамика. 1976. № 2. С. 131 133.
- Jeffrey A., Taniuti Т. Non-linear wave propagation. London Academic Press Inc. 1964. 369 p.
- Кестенбойм K.C., Росляков Г. С., Чудов JI.А. Точечный взрыв. М. Наука. 1974. 256 с.
- Бахвалов Н.С., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы. М.: Наука. 1987. 600 с.
- Wolfram Mathematica Documentation Center, http://reference.wolfram.com/ mathematica/guide/Mathematica.html
- Dodson H. W. Position and development of the solar flares of May 8 and 10, 1949 // Astrophys. J. 1949. V. 110. P. 382−386.
- Wild J.P., Smerd S.F. Solar bursts from the solar corona // Ann. Rev. Astron. Astrophys. 1972. V. 10. P. 159−196.
- Железняков B.B. Радиоизлучение Солнца и планет. М.: Наука. 1964. 560 с.
- Uchida Y. On the exciters of type II and type III solar radio bursts // Publ. Astron. Soc. Japan. 1960. V. 12. P. 376−397.
- Moreton G.E., Ramsey H.E. Recent observations of dynamical phenomena associated with solar flares // Publ. Astron. Soc. Japan. 1960. V. 72. P. 357 358.
- Uchida Y. Behavior of the flare-produces coronal MHD wavefront and the occurrence of type II radio bursts // Solar Phys. 1974. V. 39. P. 431−449.
- Vrsnak В., Warmuth A., Brajsa R., Hanslmeier A. Flare waves observed in Helium I 10 830 A. A link between Ha Moreton and EIT waves // Astron. Astrophys. 2002. V. 394. P. 299−310.
- Gilbert H.R., Holzer T.E., Thompson B.J., Burkepile J.T. A comparison of CME-associated atmospheric waves observed in coronal (Fe XII 195 A) and chromospheric (He I 10 830 A) lines // Astrophys. J. 2004. V. 607. P. 540 553.
- Narukage N., Hudson H.S., Morimoto T., Akiyama S., Kitai R., Kurokawa H., Shibata K. Simultaneous observation of a Moreton wave on 1997 November 3 in Ha and soft X-rays // Astrophys. J. 2002. V. 572. P. L109-L112.
- Khan J.I., Aurass H. X-ray observations of a large-scale solar coronal shock wave // Astron. Astrophys. 2002. V. 383. P. 1018−1031.
- Hudson H.S., Khan J.I., Lemen J.R., Nitta N.V., Uchida Y. Soft X-ray observation of a large-scale coronal wave and its exciter // Solar Phys. 2003. V. 212. P. 121−149.
- Warmuth A., Mann G., Aurass H. First soft X-ray observations of global coronal waves with the GOES Solar X-Ray Imager // Astrophys. J. 2005. V. 626. P. L121-L124.
- White S.M., Thompson B.J. High-cadence radio observations of an EIT wave // Astrophys. J. 2005. V. 620. P. L63-L66.
- Vrsnak B., Magdalenic J., Temmer M., Veronig A., Warmuth A., Mann G., Aurass H., Otruba W. Broadband metric-range radio emission associated with a Moreton/EIT wave // Astrophys. J. 2005. V. 625. P. L67-L70.
- Thompson B.J., Plunkett S.P., Gurman J.B., Newmark J.S., St. Cyr O.C., Michels D.J. SOHO/EIT observations of an Earth-directed coronal mass ejection on May 12, 1997 // Geophys. Res. Lett. 1998. V. 25. P. 2465−2468.
- Gallagher P.T., Long D.M. Large-scale bright fronts in the solar corona: A review of «EIT waves» // Space Sci. Rev. 2011. V. 158. P. 365−396.
- Wills-Davey M.J./Attrill G.D.R. EIT waves: a changing understanding over a solar cycle // Space Science Rev. 2009. V. 149. P. 325−353.
- Delannee C., Aulanier G. CME associated with transequatorial loops and a bald patch flare // Solar Phys. 1999. V. 190. P. 107−129.
- Chen P.F., Wu S.T., Shibata K., Fang C. Evidence of EIT and Moreton waves in numerical simulations // Astrophys. J. 2002. V. 572. P. L99-L102.
- Chen P.F., Fang C., Shibata K. A full view of EIT waves // Astrophys. J. 2005. V. 622. P. 1202−1210.
- Biesecker D.A., Myers D.C., Thompson B.J., Hammer D.M., Vourlidas A. Solar phenomena associated with «EIT waves» // Astrophys. J. 2002. V. 569. P. 1009−1015.
- Klassen A., Aurass H., Mann G., Thompson B.J. Catalogue of the 1997 SO-HO-EIT coronal transient waves and associated type II radio burst spectra // Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 2000. V. 141. P. 357−369.
- Zhukov A.N., Rodriguez L., de Patoul J. STEREO/SECCHI observations on 8 December 2007: evidence against the wave hypothesis of the EIT wave origin // Solar Phys. 2009. V. 259. P. 73−85.
- Veronig A.M., Muhr N., Kienreich I.W., Temmer M., Vrsnak B. First observations of a dome-shaped large-scale coronal extreme-ultraviolet wave // Astrophys. J. 2010. V. 716. P. L57-L62.
- Schmidt J.M., Ofman L. Global simulation of an Extreme Ultraviolet Imaging Telescope wave//Astrophys. J. 2010. V. 713. P. 1008−1015.
- Uchida Y., Altschuler M., Newkirk G. Flare-produced coronal MHD-fast-mode wavefronts and Moreton’s wave phenomenon // Solar Phys. 1973. V. 28. P. 495−516.
- Vrsnak B., Magdalenic J., Aurass H., Mann G. Band-splitting of coronal and interplanetary type II bursts. II. Coronal magnetic field and AlfVen velocity // Astron. Astrophys. 2002. V. 396. P. 673−682.
- Muhr N., Vrsnak B., Temmer M., Veronig A.M., Magdalenic J. Analysis of a global Moreton wave observed on 2003 October 28 // Astrophys. J. 2010. V. 708. P. 1639−1649.
- Pomoell J., Vainio R., Kissmann R. MHD modeling of coronal large-amplitude waves related to CME lift-off// Solar Phys. 2008. V. 253. P. 249 261.
- Vrsnak B., Lulic S. Formation of coronal MHD shock waves. I. The basic mechanism// Solar Phys. 2000. V. 196. P. 157−180.
- Vrsnak B., Lulic S. Formation of coronal MHD shock waves. II. The pressure pulse mechanism // Solar Phys. 2000. V. 196. P. 181−197.1. V #
- Zic T., Vrsnak B., Temmer M., Jacobs C. Cylindrical and spherical pistons as drivers of MHD shocks // Solar Phys. 2008. V. 253. P. 237−247.
- Mann G., Jansen F., MacDowall R.J., Kaiser M.L., Stone R.G. A heliospheric density model and type III radio bursts // Astron. Astrophys. 1999. V. 348. P. 614−620.
- Mann G., Klassen A., Aurass H., Classen H.-T. Formation and development of shock waves in the solar corona and the near-Sun interplanetary space // Astron. Astrophys. 2003. V. 400. P. 329−336.
- Warmuth A., Mann G. A model of the Alfven speed in the solar corona // Astron. Astrophys. 2005. V. 435. P. 1123−1135.
- Gary G.A. Plasma beta above the solar active region: Rethinking the paradigm // Solar Phys. 2001. V. 203. P. 71−86.
- Newkirk G. Jr. The solar corona in active regions and the thermal origin of the slowly varying component of solar radio radiation // Astrophys. J. 1961. V. 133. P.983−1013.
- Zhao X.H., Wu S.T., Wang A.H., Vourlidas A., Feng X.S., Jiang C.W. Uncovering the wave nature of the EIT wave for the 2010 January 17 event through its correlation to the background magnetosonic speed // Astrophys. J. 2011. V. 742. Id. 131.
- Close R.M., Parnell C.E., Priest E.R. Separators in 3D quiet-Sun magnetic fields // Solar Phys. 2004. V. 225. P. 21−46.
- Foullon C., Verwichte E., Nakariakov V.M., Fletcher L. X-ray quasi-periodic pulsations in solar flares as magnetohydrodynamic oscillations // Astron. Astrophys. 2005. V. 440. P. L59-L62.
- Nakariakov V.M., Foullon C., Verwichte E., Young N.P. Quasi-periodic modulation of solar and stellar flaring emission by magnetohydrodynamic oscillations in a nearby loop // Astron. Astrophys. 2006. V. 452. P. 343−346.
- Longcope D.W., Priest E.R. Fast magnetosonic waves launched by transient, current sheet reconnection // Phys. Plasmas. 2007. V. 14. Id. 122 905.
- Craig I.J.D., McClymont A.N. Dynamic magnetic reconnection at an X-type neutral point // Astrophys. J. Lett. 1991. V. 371. P. L41-L44.
- McLaughlin J.A., Hood A.W. Magnetohydrodynamics wave propagation in the neighbourhood of two dipoles // Astron. Astrophys. 2006. V. 452. P. 603 613.
- McLaughlin J.A., Hood A.W. MHD wave propagation in the neighbourhood of two null points // Astron. Astrophys. 2005. V. 435. P. 313−325.
- McLaughlin J. A., De Moortel I., Hood A. W., Brady C. S. Nonlinear fast magnetoacoustic wave propagation in the neighbourhood of a 2D magnetic X-point: oscillatory reconnection // Astron. Astrophys. 2009. V. 493. P.227−240.
- Gruszecki M., Vasheghani Farahani S., Nakariakov V. M., Arber T. D. Magnetoacoustic shock formation near a magnetic null point // Astron. Astrophys. 2011. V. 531. Id. A63.
- Parnell C.E., Smith J.M., Neukirch T., Priest E.R. The structure of three-dimensional magnetic neutral points // Phys. Plasmas. 1996. V. 3. P. 759−770.