Обернені задачі переносу випромінювання та діагностика атмосфери Сонця

4. За результатами спостережень із високим просторовим розділенням (VTT) побудована сітка моделей неоднорідної фотосфери Сонця. Проведено дослідження температурної структури неоднорідної сонячної атмосфери. Визначено нижню границю проникаючої конвекції - h 100 км; початок цієї зони характеризується мінімальними флуктуаціями температури. Також визначено верхню границю нададіабатичного шару: h 0 25 км; максимальне значення нададіабатичності 0.6, а сам пік нададіабатичності залягає дещо нижче - при h < -50 км; для нададіабатичного шару характерні найбільші флуктуації температури. За зміщеннями температурних збурень виявлено у верхній фотосфері інтенсивні горизонтальні потоки.

5. Отримані нові дані про поле нерозділених швидкостей (мікротурбулентність) та променевих швидкостей. Просторовий розподіл мікротурбулентної швидкості є індикатором тонкої структури конвективних потоків речовини в сонячній атмосфері, оскільки великі низхідні потоки (> 2''.0) фрагментуються на структури з підвищеною турбулентністю, яким відповідають границі розділу суміжних потоків речовини. У сонячній грануляції часто спостерігається інверсія променевих швидкостей вздовж вертикальної колонки атмосфери; з'ясовані причини, що зумовлюють таку поведінку швидкостей.

6. Отримані нові моделі фотосферної конвекції. Досліджено конвективне поле температури та швидкостей реальної сонячної грануляції на грануляційних і субгрануляційних масштабах. Згідно з отриманими результатами, більшість конвективних потоків малих розмірів розчиняється в нижніх шарах фотосфери; проте, все-таки трапляються потоки < 1'', котрі досягають шарів температурного мінімуму. Виявлені значні горизонтальні зміщення грануляційної сітки в процесі еволюції гранул. Виявлена тонка структура гранул: великі гранули ( > 1''.5) породжені декількома конвективними потоками. Спостережувана асиметрія розподілу конвективних швидкостей всередині великих висхідних потоків зумовлена просторовим замиванням тонкої структури цих потоків. У фотосфері Сонця виявлені додаткові джерела температурних збурень: інверсія температури у великих потоках в шарах середньої та верхньої фотосфери і утворення дрібномасштабної компоненти конвективного походження в середній фотосфері.

7. Проведено дослідження збудження та поширення локальних акустичних коливань, їх просторової структури. Отримано моделі локальних акустичних осциляцій у фотосфері Сонця. Виявлено вузькі ``канали'', якими енергія від джерел коливань проникає з найменшими втратами у верхні шари атмосфери (до температурного мінімуму); такі ``канали'' виникають, в основному, між висхідними (гранула) і низхідними (міжгранула) потоками. Локалізовано дискретні джерела коливань, розкрито їх походження.

8. Виділено локальні внутрішні гравітаційні хвилі, отримано їх моделі. Досліджена структура ВГХ у фотосфері Сонця, їх збудження та поширення. Дозвукова компонента, яка збуджується динамічними процесами фотосферної конвекції, породжує в стійких фотосферних шарах стохастичні цуги довгоперіодичних ВГХ. Виділені відповідною фільтрацією довгоперіодичні структури спостерігаються в стійких фотосферних шарах і квазіперіодичні у просторі та часі. За своїми властивостями та поведінкою вони відповідають ВГХ: поширюються майже горизонтально з дозвуковими швидкостями, фазова швидкість перпендикулярна до групової, довжина хвилі співрозмірна з мезогрануляційними масштабами. Під впливом збурень дозвукової компоненти верхні та нижні фотосферні шари коливаються майже в протифазі. Виявлено новий механізм аномалій фотосферної конвекції: збурення температури дозвукової компоненти можуть суттєво змінити температурну структуру конвективних чарунок, особливо в нижній фотосфері; внаслідок чого виникають аномалії фотосферної конвекції, які досить часто спостерігаються у білому світлі. Збурення дозвукової компоненти в області п'ятихвилинних коливань є індикатором горизонтальних градієнтів конвективних швидкостей. Запропонована ефективна методика виділення ВГХ із просторово-часових варіацій параметрів моделі неоднорідної атмосфери.

9. За даними спостережень (VIRGO/SPM, ДИФОС-Ф, VTT) побудовані моделі глобальних варіацій температури у фотосфері Сонця. Запропоновано новий механізм генерації осциляцій яскравості Сонця: p-моди низьких сферичних гармонік розсіюються на грануляції, а подальша конструктивна інтерференція розсіяних мод породжує температурні збурення у вигляді глобальних стоячих хвиль; такі збурення зумовлюють п'ятихвилинні осциляції яскравості Сонця.

10. Розв'язана багатовимірна задача нерівноважного переносу випромінювання. Запропоновано новий (з використанням тихонівських стабілізаторів) розв'язок оберненої задачі нерівноважного переносу випромінювання для діагностики атмосфери Сонця або зорі за результатами спектральних спостережень.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

У рецензованих журналах:

1. Ковальчук М.М., Стоділка М.І., Благодир Я.Т., Гірняк М.Б. Нерівноважне утворення слабких ліній рідкісноземельних елементів у сонячній атмосфері: СеІІ // Журнал фізичних досліджень. 2001. Т. 5, № 1. С. 91-100.

2. Ковальчук М.М., Стоділка М.І., Гірняк М.Б. Дослідження фізичних умов у сонячних корональних дірах по лініях водню: попередні результати // Вісник Львів. ун-ту, сер. фізична. 2006. Вип. 39. С. 163-176.

3. Ковальчук М., Стоділка М., Гірняк М. Вплив параметрів поглинаючого середовища в плямах і поза ними на фраунгоферові лінії у спектрі Сонця // Вісник Львів. ун-ту, сер. фізична. 2007. Вип. 40. С. 27-34.

4. Стоділка М.І., Олійник П.О., Гірняк М.Б. Лінійний ефект Штарка для ліній водню в атмосфері Сонця // Кинем. и физ. небес. тел. 1998. Т. 14, № 6. С. 537-542.

5. Стоділка М.І., Рикалюк Р.Є. Задача двовимірного переносу випромінювання для багаторівневих атомів // Журнал фізичних досліджень. 1998. T. 2, № 3. С. 427-432.

6. Стоділка М.І. Нерівноважне двовимірне перенесення випромінювання в сонячній грануляції: горизонтальні та не-ЛТР ефекти для нейтрального заліза // Кинем.и физ. небес. тел. 2000. Т. 16, № 4. С. 291-302.

7. Стоділка М.І. Просторові варіації еквівалентних ширин ліній нейтрального заліза в сонячній грануляції // Кинем.и физ. небес. тел. 2001. Т. 17, № 1. С. 24-36.

8. Стоділка М. І. Нерівноважне перенесення поляризованого випромінювання у сонячних плямах. Лінії FeI // Кинем. и физ. небес. тел. 2001. T. 17, № 4. С. 331-339.

9. Стоділка М.І. Задача переносу поляризованого випромінювання // Журнал фізичних досліджень. 2001. T. 5, № 2. С. 170-176.

10. Стоділка М.І. Роль зіткнень з атомами нейтрального водню в утворенні ліній нейтрального заліза у незбуреній сонячній атмосфері // Кинем. и физ. небес. тел. 2002. Т. 18, № 4. C. 330-340.

11. Стоділка М.І. Інверсна задача для дослідження неоднорідностей атмосфери Сонця та зір // Журнал фізичних досліджень. 2002. Т. 6, № 4. С. 435-442.

12. Стоділка М. І. Температурна структура реальної сонячної грануляції // Кинем. и физ. небес. тел. 2003. Т. 19, № 5. С. 407-416.

13. Стоділка М.І. Тихонівські стабілізатори в інверсних задачах спектральних досліджень // Кинем. и физ. небес. тел. 2003. Т. 19, № 4. С. 334-343.

14. Стоділка М.І. Термалізація випромінювання в сонячних плямах зіткненнями з атомами нейтрального водню для ліній нейтрального заліза // Журнал фізичних досліджень. 2003. Т. 7, № 3. С. 357-364.

15. Cтодилка М.И., Ковальчук М.М. Микротурбулентность в солнечной грануляции // Изв. Крымcк. астрофиз. обс. 2004. Т. 100. C. 152-157.

16. Стоділка М.І. Застосування інверсних методів при дослідженні коливань яскравости Сонця // Журнал фізичних досліджень. 2004. Т. 8, № 2. С. 192-198.

17. Стоділка М.І. Діагностика внутрішніх гравітаційних хвиль у фотосфері Сонця // Кинем. и физ. небесн. тел. 2005. Т. 21, № 3. С. 197-208.

18.Стоділка М.І. Спектри потужності акустичних осциляцій фотосфери Сонця // Кинем. и физ. небес. тел. 2005. Т. 21, № 2. С. 99-113.

19. Стоділка М.І. Діагностика атмосфери Сонця інверсними методами: лінії поглинання водню // Кинем. и физ. небес. тел. 2005. Т. 21, № 6. С. 461-470.

20. Стоділка М.І. Дослідження п'ятихвилинних коливань яскравості Сонця: експеримент ДИФОС - Ф // Космічна наука і технологія. 2005. Т. 11, № 1/2. С. 30-36.

21. Стодилка М.И., Баран О.А., Малинич С.З. Особенности конвекции в фотосфере Солнца // Кинем. и физ. небес. тел. 2006. Т. 22, № 3. С. 173-182.

22. Стодилка М.И. Структура конвективных движений в фотосфере Солнца // Кинем. и физ. небес. тел. 2006. Т. 22., № 4. С. 260-270.

23. Стодилка М.И. О природе пятиминутных колебаний яркости Солнца // Космічна наука і технологія. 2007. Т. 13, № 3. С. 67-81.

24. Стодилка М.И., Баран О.А. Структура фотосферной конвекции Солнца на субгрануляционных масштабах // Кинем. и физ. небес. тел. 2008. Т. 24, № 2. С. 99-109.

25. Stodilka M.I. Multidimensional radiation transfer in the inhomogeneous stellar atmospheres // Kinematics and Physics of Celestial Bodies, Suppl. Series. 2000. N 3. P. 466-467.

26. Stodilka M. Spatial stratification of acoustic oscillations in the solar photosphere // Kinematics and Physics of Celestial Bodies, Suppl. Series. 2005. N 5. P. 124-128.

27. Stodilka M. I., Malynych S. Z. Spatial variations in the velocity field and real solar granulation // Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 2006. V. 373, N 1. P. 1523-1530.

У матеріалах конференцій:

28. Баран О.А., Стоділка М.І., Ковальчук М.М., Гірняк М.Б. Просторове замивання і структура сонячної грануляції // ІV наукова конференція ``Вибрані питання астрономії та астрофізики'', присвяч. пам'яті Бабія Богдана / Тези доповідей, 19-21 жовтня 2006 р. Львів, Україна, 2006. С. 13.

29. Вакарчук І.О., Рикалюк Р.Є., Стоділка М.І. Вплив непружних зіткнень та постван-дер-ваальсівських міжчастинкових взаємодій на асиметрію профілів фраунгоферових ліній // ІУ наукова конференція ``Вибрані питання астрономії та астрофізики'', присвяч. пам'яті Бабія Богдана / Тези доповідей, 19-21 жовтня 2006 р. Львів, 2006. С. 20.

30. Гирняк М.Б., Ковальчук М.М., Стодилка М.И. Синтез водородных линий в комплексах активности Солнца // Восьмой съезд Астрономического общества и Международный симпозиум ``Астрономия -2005. Состояние и перспективы развития'' / Тезисы докладов, 1-6 июня 2005 г. Москва, Труды ГАИШ. 2005. Т. LXXVIII. С. 38.

31. Ковальчук М.М., Стоділка М.І., Гірняк М.Б. Емісія ліній FeII на диску Сонця // III наукова конференція ``Вибрані питання астрономії та астрофізики'', присвяч. пам'яті Бабія Богдана / Тези доповідей, 1-5 квітня 2002 р. Львів, 2002. С. 39.

32. Ковальчук М.М., Стодилка М.И., Гирняк М.Б., Лаба И.С. Исследование зависимости эквивалентных ширин магниточувствительных линий поглощения от параметров среды в пятнах и за их пределами // Международная конференция ``Физика небесных тел'' / Тезисы докладов, 12-18 сентбря 2005 г. Крым, КрАО, Изв. Крымск. астрофиз. обс. 2005. Т. 101. C. 15.

33. Стоділка М.І., Олійник П.О., Ковальчук М.М. Утворення ліній заліза в атмосфері Сонця // ІІ наукова конференція ``Вибрані питання астрономії та астрофізики'', присвяч. пам'яті Бабія Богдана / Збірник матеріалів, 3-5 листопада 1998 р. Львів, 1998. С. 66.

34. Стоділка М.І., Олійник П.О., Рикалюк Р.Є. Перенесення випромінювання для двовимірної моделі атмосфери Сонця // ІІ наукова конференція ``Вибрані питання астрономії та астрофізики'', присвяч. пам'яті Бабія Богдана / Збірник матеріалів, 3-5 листопада 1998 р. Львів, 1998. С. 67-69.

35. Стоділка М.І. Нерівноважне утворення ліній нейтрального магнію для неоднорідної двовимірної моделі атмосфери Сонця // ІІ наукова конференція ``Вибрані питання астрономії та астрофізики'', присвяч. пам'яті Бабія Богдана / Збірник матеріалів, 3-5 листопада 1998 р. Львів, 1998. С. 63-65.

36. Стоділка М.І. Утворення ліній нейтрального заліза в сонячних плямах: поляризація випромінювання // III наукова конференція ``Вибрані питання астрономії та астрофізики'', присвяч. пам'яті Бабія Богдана / Тези доповідей, 1-5 квітня 2002 р. Львів, 2002. С. 77.

37. Стоділка М.І. Утворення ліній нейтрального заліза в сонячних плямах: зіткнення з нейтральним воднем // III наукова конференція ``Вибрані питання астрономії та астрофізики'', присвяч. пам'яті Бабія Богдана / Тези доповідей, 1-5 квітня 2002 р. Львів, 2002. С. 78.

38. Стодилка М.И. Инверсная задача для исследования неоднородностей в атмосфере Солнца и звезд // Научная конференция ``Солнечная активность и параметры ее прогноза'' / Тезисы докладов, 3-8 июня 2002 г. Крым, КрАО, Изв. Крымск. астрофиз. обс. 2002. Т. 98. С. 178.

39. Стодилка М.И., Ковальчук М.М. Микротурбулентность в солнечной грануляции // Научная конференция ``Солнечная атмосфера'' / Тезисы докладов, 4-9 июня 2004 г. Крым, КрАО, Изв. Крымск. астрофиз. обс. 2004. Т. 100. C. 152.

40. Стодилка М.И. Реальная солнечная грануляция во фраунгоферовых линиях: решение инверсной задачи // Научная конференция ``Солнечная атмосфера'' / Тезисы докладов, 4-9 июня 2004 г. Крым, КрAO, Изв. Крымск. астрофиз. обс. 2004. Т. 100. C. 194.

41. Стодилка М.И. Глобальные колебания Солнца (эксперимент ДИФОС: решение инверсной задачи) // Научная конференция ``Солнечная атмосфера'' / Тезисы докладов, 4-9 июня 2004 г. Крым, КрAO, Изв. Крымск. астрофиз. обс. 2004. Т. 100. C. 195.

42. Стодилка М.И. Пространственная стратификация колебаний неоднородной атмосферы Солнца // Всероссийская астрономическая конференция ВАК-2004 ``Горизонты Вселенной''/ Тезисы докладов, 3-10 июня 2004 г. Москва, Труды ГАИШ. 2004. Т. LXXV. С. 96-97.

43. Стодилка М.И., Малинич С. З. Диагностика хромосферы Солнца по водородным линиям // Международная конференция ``Физика небесных тел'' / Тезисы докладов, 12-18 сентбря 2005 г. Крым, КрАО, Изв. Крымск. астрофиз. обс. 2005. С. 14.

44. Стодилка М.И. Распространяющиеся гравитационные волны в атмосфере Солнца // Международная научная конференция ``Физика Солнца'' / Тезисы докладов, 11-16 сентября 2006 г. Крым, КрАО, Изв. Крымск. астрофиз. обс. 2006. С. 21.

45. Стодилка М.И., Ковальчук М.М., Баран А.А., Гирняк М.Б. Распределение конвективных скоростей в грануляционных структурах // Международная научная конференция ``Физика Солнца'' / Тезисы докладов, 11-16 сентября 2006 г. Крым, КрАО, Изв. Крымск. астрофиз. обс. 2006. С. 33.

46. Стоділка М.І. Мікротурбулентність як індикатор конвективних і хвильових рухів в атмосфері Сонця // ІV наукова конференція ``Вибрані питання астрономії та астрофізики'', присвяч. пам'яті Бабія Богдана / Тези доповідей, 19-21 жовтня 2006 р. Львів, 2006. С. 54.

47. Kovalchuk M., Stodilka M., Hirnyak M. Investigation of physical conditions in the solar coronal holes by hydrogen lines: preliminary results // Memorial international conference ``Astronomy and space physics at Kyiv University'' / Abstracts, 22-26 May, 2005. Kyiv, 2005. Р. 72.

48. Stodilka M.I. Equivalent widths of FeI lines in the solar granulations (Non-LTE, 2D-Synthesis) // International scientific conference ``Astronomy 2000'' / Abstracts, 21.08.-1.09.2000. Odessa, 2000. Р. 16-17.

49. Stodilka M. Spatial Stratification of Five Minute Solar Atmosphere Oscillations // Conference ``Astronomy in Ukraine - Past, Present, Future'' / Abstracts, 15-17 July, 2004. Kiev, 2004. P. 71.

50. Stodilka М., Baran L. Conveсtion peculiarities in the solar photosphere // Memorial international conference ``Astronomy and space physics at Kyiv University'' / Abstracts, 22-26 May, 2005. Kiev, 2005. Р. 68-69.

51. Stodilka M. Internal gravity waves in the solar photosphere // International symposium ``Astronomy - 2005. Current state and prospects'' / Abstracts, 1-6 June, 2005. Moscow, Proceedings SAI. 2005. V. LXXVIII. P. 32.

52. Stodilka M.I. Interaction of global oscillations with solar granulation // VII International Conference ``Relativistic Astrophysisc, Gravitation and Cosmology'' in honour of the centenary of Prof. O.F. Bogorodsky / Book of abstracts, May 23-25, 2007. Kyiv, 2007. P. 47-48.

53. Stodilka M.I., Baran O.A. Thin structure of convective flows in solar granulation // VII International Conference ``Relativistic Astrophysisc, Gravitation and Cosmology'' in honour of the centenary of Prof. O.F.Bogorodsky / Book of abstracts, May 23-25, 2007. Kyiv, 2007. P. 48-49.

ПЕРЕЛІК ЦИТОВАНИХ ДЖЕРЕЛ

54. Атрощенко И.Н., Гадун А.С., Гопасюк С.И и др. (отв. ред. Э.А. Гуртовенко) Вариации глобальных характеристик Солнца. Киев: Наук. думка, 1991. 304 с.

55. Вакарчук І.О. Теорія зоряних спектрів: Навч.посібн. Львів: Львівський національний університет імені Івана Франка, 2002. 359 с.

56. Костык Р.И., Щукина Н.Г. Тонкая структура конвективных движений в фотосфере Солнца: наблюдения и теория // Астрон. журн. 2004. T.81, №9. С. 846-859.

57. Asplund M., Ludwig H.-G., Nordlund А., Stein R.F. The effects of numerical resolution on hydrodynamical surface convection simulations and spectral line formation // Astron. and Astrophys. 2000. V. 359, N 2. P. 669-681.

58. Auer L., Bendicho P. Fabiani, Trujillo Bueno J. Multidimensional radiative transfer with multilevel atoms: ALI method with preconditioning of the rate equations // Astron. and Astrophys. 1994. V. 292, N 2. P. 599-615.

59. Borrero J.M., Bellot Rubio L.R. А two-component model of the solar photosphere from the inversion of spectral lines // Astron. and Astrophys. 2002.- V.385, N 3. P. 1056-1072.

60. Соllados M., Martinez Pillet V., Ruiz Cobo B., del Toro Iniesta J.C., Vazquez M. Observed differences between large and small sunspots // Astron. and Astrophys. 1994. V. 291, N 2. P. 622-634.

61. Espagnet O., Muller R., Roudier T., Mein P., Mein N. Penetration of the solar granulation into the photosphere: height dependence of intensity and velocity fluctuations // Astron. and Astrophys. Suppl. Series. 1995. V. 109, N 1. P. 79-108.

62. Frutiger C., Solanki S.K., Fligge M. and Bruls J.H.M.I. Properties of the solar granulation obtained from the inversion of low spatial resolution spectra // Astron. and Astrophys. 2000. V. 358, N 3. P. 1109-1121.

63. Khomenko E.V., Kostik R.I., Shchukina N.G. Five-minute oscillations above granules and integranular lanes // Astron. and Astrophys. 2001. V. 369, N 2. P. 660-671.

64. Komm R., Mattig W., Nesis A. The decay of granular motions and the generation of gravity waves in the solar photosphere // Astron. and Astrophys. 1991. V. 252, N 2. P. 827-834.

65. Leenaarts J., Wedemeyer-Bohm S. DOT tomography of the solar atmosphere. III. Observations and simulations of reversed granulation // Astron. and. Asrrophys. 2005. V. 431, N 2. P. 687-692.

66. Mihalas B.W., Toomre J. Internal gravity waves in the solar atmosphere. Adiabatic waves in the chromosphere // Astrophys. J. 1981. V. 249, part 1. P. 349-371.

67. Mihalas B.W., Toomre J. Internal gravity waves in the solar atmosphere. II. Effects of radiative damping // Astrophys. J. 1982. V. 263, part 1. P. 386-408.

68. Nesis A., Hammer R., Roth M., Schleicher H. Dynamics of the solar granulation. VIII. Time and space development // Astron. and Astrophys. 2002. V. 396, N 3. P. 1003-1010.

69. Nordlund А., Dravins D. Stellar granulation. III. Hydrodynamic model atmospheres // Astron. and Astrophys. 1990. V. 228, N 1. P. 155-183.

70. Puschmann K., Vazquez M., Bonet J.A., et al. Time series of high resolution photospheric spectra in a quiet region of the Sun. I. Analysis of global and spatial variations of line parameters // Astron. and Astrophys. 2003. V. 408, N 1. P. 363-378.

71. Puschmann K., Ruiz Cobo B., Vazquez M., et al. Time series of high resolution photospheric spectra in a quiet region of the Sun. II. Analysis of the variation of physical quantities of granular structures // Astron. and Astrophys. 2005. V.441, N3. P. 1157-1169.

72. Rodriguez Hidalgo I., Ruiz Cobo B., Collados M., Bellot Rubio L.R. Lagrangian and Eulerian Stratifications of Acoustic Oscillations through the Solar Photosphere // Astrophys. J. 2001. V. 547, N 1. P. 491-502.

73. Ruiz Cobo B., del Toro Iniesta J.C. Inversion of Stokes profiles // Astrophys. J. 1992. V. 398, N 1. P. 375-385.

74. Rutten R.J., de Wijn A.G., Sutterlin P. DOT tomography of the solar atmosphere II. Reversed granulation in Ca II H // Astron. and Astrophys. 2004. V. 416, N 1. P. 333-340.

75. Shchukina N., Trujillo Bueno J. The iron line formation problem in three-dimensional hydrodynamic models of solar-like photospheres // Astrophys. J. 2001. V. 550, N 2. P. 970-990.

76. Stix M. Modulation of Acoustic Waves by Solar Convection // Solar Phys. 2000. V. 196, N 1. P. 19-27.

77. Straus Th., Bonaccini D. Dynamics of the solar photosphere. I. Two-dimensional spectroscopy of mesoscale phenomena // Astron. and Astrophys. 1997. V. 324, N 2. P. 704-712.

78. Zhugzhda Y.D. Waves and shear flows // Astron. and Astrophys. Transactions. 2003. V. 22, N 4-5. P. 593-606.

АНОТАЦІЯ

Стоділка М.І. Обернені задачі переносу випромінювання та діагностика атмосфери Сонця. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.03 - Геліофізика і фізика Сонячної системи. - Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ, 2008.

Отримано новий розв'язок оберненої задачі переносу випромінювання в неоднорідних моделях атмосфери - запропоновані тихонівські стабілізатори, які суттєво покращують адекватність відтворення фізичних умов. Проведено дослідження впливу горизонтального переносу випромінювання та зіткнень з атомами водню на нерівноважне утворення фраунгоферових ліній в атмосфері Сонця. Побудована сітка моделей сонячної грануляції, фотосферної конвекції, осциляцій. Отримані нові дані про фотосферну конвекцію. Проведено вивчення збудження та поширення акустичних осциляцій у неоднорідному середовищі. Виділені внутрішні гравітаційні хвилі, досліджена їх просторова структура. Запропоновано новий механізм генерації коливань яскравості Сонця.

Ключові слова: атмосфера Сонця, багатовимірний перенос випромінювання, обернені задачі, фотосферна конвекція, осциляції, моделі.

ABSTRACT

Stodilka M.I. Inverse problems of radiative transfer and diagnostics of the solar atmosphere. - Manuscript.

Doctor degree thesis. Speciality 01.03.03 - Heliophysics and physics of Solar System. - Main Astronomical Observatory of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2008.

The inverse nonequilibrium radiative transfer problem in the multidimensional models was solved with Tikhonov stabilizers, which substantially improve the quality of the reproduction of physical conditions. The influence of the horizontal radiative transfer and of collisions with hydrogen atoms on the non-equilibrium formation of absorption lines in the solar atmosphere was studied. The models were constructed for solar granulation, photosphere convection and oscillations. The new data on the photosphere convection have been obtained. The excitation and propagation of acoustic oscillations in the inhomogeneous medium were analysed. Long-period internal gravity waves were detected, their spatial structure was studied. A new mechanism for the generation of solar brightness oscillations is proposed.

Key words: solar atmosphere, multidimensional radiative transfer, inverse problems, photosphere convection, oscillations, models.

АННОТАЦИЯ

Стодилка М.И. Обратные задачи переноса излучения и диагностика атмосферы Солнца. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.03.03 - Гелиофизика и физика Солнечной системы.- Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, Киев, 2008.

Диссертация посвящена диагностике структуры и динамики неоднородной атмосферы Солнца прямыми и инверсными методами на разных пространственных масштабах. Основой исследования являются данные современных наблюдений. В работе представлено решение следующих научных проблем.

Усовершенствовано решение неравновесной прямой и получено новое решение обратной задачи переноса излучения в неоднородной среде, что позволило изучать тонкую структуру не только солнечной атмосферы, но и ее структурных элементов на грануляционных и субгрануляционных масштабах. Предложены конкретные тихоновские стабилизаторы, которые устраняют осцилляции решений обратной задачи, обеспечивают их устойчивость и позволяют проводить не-ЛТР диагностику атмосферы Солнца.

С целью адекватности воспроизведения неоднородных моделей атмосферы рассмотрен вклад различных эффектов и механизмов в образование фраунгоферовых линий - не-ЛТР эффекты, эффекты горизонтального переноса излучения, поляризация излучения, неупругие столкновения с атомами нейтрального водорода. Горизонтальные эффекты дополнительно сглаживают пространственные вариации эквивалентных ширин линий Fe I, с другой стороны, горизонтальный перенос излучения увеличивает дисперсию центральных остаточных интенсивностей сильных и умеренных фотосферных линий. В условиях больших пятен столкновения с атомами водорода осуществляют термализацию излучения в линиях Fe I. Исследовано неравновесное образование слабых линий редкоземельных элементов в невозмущенной атмосфере.

Исследование грануляции выполнено в рамках реальной (немоделированной) солнечной конвекции по профилям с высоким пространственно-временным разрешением (данные VTT) путем решения неравновесной обратной задачи переноса излучения. Физические условия воспроизведены в спокойной области протяженностью 64 Мм вдоль поверхности Солнца. Построена сетка моделей неоднородной фотосферы Солнца. Исследована структура и динамика солнечной атмосферы на грануляционных и субгрануляционных масштабах. Показано, что распределение микротурбулентной скорости есть индикатором тонкой структуры нисходящих конвективных потоков вещества в солнечной атмосфере.

Получены модели фотосферной конвекции, исследованы конвективное поле температуры и скоростей реальной солнечной грануляции, динамика конвективных потоков, проникновение гранул в верхние конвективно устойчивые слои атмосферы, температурная инверсия и тонкая структура конвективных потоков. Объяснена наблюдаемая асимметрия распределения конвективных скоростей внутри восходящих потоков.

Получены модели локальных акустических осцилляций в фотосфере Солнца, исследована вертикальная структура колебаний. В фотосфере Солнца выявлены узкие ``каналы'', по которым энергия от источников колебаний с наименьшими потерями проникает в верхние слои атмосферы (к температурному минимуму); такие ``каналы'' возникают, в основном, между восходящими (гранула) и нисходящими (межгранула) потоками.

Выделены локальные внутренние гравитационные волны (ВГВ), получены их модели. Исследована структура ВГВ, их возбуждение и распространение. Динамичные процессы фотосферной конвекции порождают дозвуковую компоненту, которая вызывает в слоях фотосферы стохастические цуги ВГВ. Выделенные нами соответствующей фильтрацией долгопериодические структуры наблюдаются в устойчивых фотосферных слоях и квазипериодические в пространстве и времени. По своим свойствам и поведению они соответствуют ВГВ: распространяются почти горизонтально с дозвуковыми скоростями, фазовая скорость перпендикулярна групповой скорости, длина волны соизмерима с мезогрануляционными масштабами.

По данным наблюдений интенсивности излучения Солнца построены модели вариаций глобальных возмущений температуры в фотосфере Солнца. Предложен новый механизм генерации осцилляций яркости Солнца: p-моды низких сферических гармоник рассеиваются на солнечной грануляции, а последующая конструктивная интерференция рассеянных мод порождает температурные возмущения в виде глобальных стоячих волн; такие возмущения обуславливают пятиминутные осцилляции яркости Солнца.

Ключевые слова: атмосфера Солнца, многомерный перенос излучения, обратные задачи, фотосферная конвекция, осцилляции, модели.

Размещено на Allbest.ru