Μελέτη κρουστικών κυμάτων στο ηλιακό στέμμα και το μεσοπλανητικό χώρο

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τη μελέτη κρουστικών κυμάτων που παρατηρούνται στο ηλιακό στέμμα και το μεσοπλανητικό χώρο. Επικεντρωθήκαμε κυρίως στη μελέτη μερικών από τα χαρακτηριστικά των κρουστικών κυμάτων όπως είναι οι περιοχές προέλευσής τους, ο προσδιορισμός του διεγείροντος αιτίου τους, ο υπολογισμός του λόγου συμπίεσής τους, η κινηματική τους και τα χαρακτηριστικά της χωρικής τους διάδοσης στο στέμμα και την εσωτερική ηλιόσφαιρα. Επίσης, μελετήσαμε το ρόλο της χωρικής εξέλιξης ενός κρουστικού κύματος στο χαμηλό στέμμα και το μεσοπλανητικό χώρο σε σχέση με την απελευθέρωση ηλιακών ενεργητικών σωματιδίων (SEPs) σε διαφορετικά σημεία στην ηλιόσφαιρα. Επιπλέον, εξετάσαμε τη συνεισφορά των κρουστικών κυμάτων και των εκλάμψεων στα χαρακτηριστικά των φαινομένων που περιλαμβάνουν SEPs. Για να υλοποιήσουμε τη παρούσα διατριβή εκμεταλλευτήκαμε ένα μεγάλο πλήθος παρατηρήσεων του Ήλιου και της εσωτερικής ηλιόσφαιρας οι οποίες παρέχονται από όργανα επίγεια και διαστημικά. Τα παραπάνω αντικείμενα μελέτης αποτελούν βασικά στοιχεία στην κατανόηση αρχικά των φυσικών διεργασιών/φαινομένων που εμπλέκονται στην δημιουργία και την εξέλιξη των κρουστικών κυμάτων στο ηλιακό στέμμα, επιπλέον της φύσης και των χαρακτηριστικών τους καθώς και της δυνατότητάς τους να επιταχύνουν και να απελευθερώσουν φορτισμένα σωματίδια σε ανοικτές μαγνητικές δυναμικές γραμμές στην ηλιόσφαιρα. Συνδυάζοντας παρατηρήσεις του SDO/ΑΙΑ στο μακρινό υπεριώδες και του ραδιοφασματογράφου ARTEMIS IV στα ραδιοκύματα, μελετήσαμε τη φύση και το διεγείρον αίτιο ενός κρουστικού κύματος που ήταν υπεύθυνο για ραδιοεκπομπή τύπου ΙΙ. Βρήκαμε ότι το κρουστικό κύμα αρχικά είναι “οδηγούμενο από διεγείρον αίτιο” και έπειτα καταλήγει σε εκρηκτικό κύμα και προέρχεται από τη διάδοση CME και τη μη γραμμική εξέλιξη κύματος EUV στο χαμηλό στέμμα. Αναπτύξαμε μια νέα μέθοδο υπολογισμού του λόγου συμπίεσης του κρουστικού κύματος από τις εικόνες του AIA στo EUV. Από τη σύγκριση μεταξύ του λόγου συμπίεσης από το συχνοτικό διαχωρισμό σε δυο λωρίδες της εκπομπής τύπου ΙΙ και του λόγου συμπίεσης από τα δεδομένα στο μακρινό υπεριώδες, βρήκαμε ότι η ραδιοέξαρση τύπου ΙΙ, άρα και το κρουστικό κύμα, μπορεί να προέρχεται από την περιοχή της θήκης (sheath region) του κύματος EUV, στην ακτινική όσο και στην πλευρική διεύθυνση. Σε συνέχεια των εργασιών μας, μελετήσαμε δυο ομόλογα εκρηκτικά φαινόμενα που προκάλεσαν ένα από τα ισχυρότερα φαινόμενα SEPs του 2012 και το οποίο ανιχνεύτηκε σε τρεις διαφορετικές θέσεις στην ηλιόσφαιρα, από διαστημόπλοια που χωρίζονταν μεταξύ τους με γωνία τουλάχιστον 120◦ στο επίπεδο της εκλειπτικής. Πρωτίστως, αναδείξαμε τη χρησιμότητα της τριδιάστατης ανασύνθεσης ενός κρουστικού κύματος για τη μελέτη της χωρικής εξέλιξής του στην εσωτερική ηλιόσφαιρα. Από τη τριδιάστατη ανασύνθεση του κρουστικού κύματος που σχετίζεται με τη πρώτη CME, μελετήσαμε την πλευρική επέκτασή του στο στέμμα και συνδέσαμε τη διαμήκη έκτασή του με τους χρόνους απελευθέρωσης των ενεργητικών πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Βρήκαμε ότι το φαινόμενο SEP στο STEREO-B (STB) και το πρώτο σημείο Lagrange (L1) σχετίζεται με το κρουστικό κύματης πρώτης CME από το κέντρο δράσης 11429. Τέλος, εξετάσαμε τον ρόλο των κρουστικών κυμάτων, έναντι των εκλάμψεων, στην επιτάχυνση και την απελευθέρωση των υψηλο-ενεργειακών SEPs που παρατηρούνται στην 1 AU. Μελετήσαμε τα χαρακτηριστικά ισχυρών φαινομένων SEPs, εστιάζοντας ιδιαίτερα στη σχέση του χρόνου απελευθέρωσης των SEPs με τις παροδικές ηλιακές ραδιοεκπομπές. Από τη μελέτη μας βρήκαμε ότι οι διαδικασίες απελευθέρωσης ενεργητικών σωματιδίων που προέρχονται είτε από κρουστικά κύματα είτε από εκλάμψεις παρατηρούνται και οι δυο σε υψηλο-ενεργειακά φαινόμενα SEPs. Είναι δύσκολο να γίνει μια ξεκάθαρη διάκριση μεταξύ των φαινομένων που σχετίζονται με εκλάμψεις και αυτών που σχετίζονται με κρουστικά κύματα από CMEs. Επιπλέον, συμπεράναμε ότι η απελευθέρωση των ηλεκτρονίων που δίνουν τύπους ΙΙΙ συμβαίνει συνήθως πριν την απελευθέρωση των ενεργητικών πρωτονίων ενώ τα υψηλο-ενεργειακά ηλεκτρόνια απελευθερώνονται ταυτόχρονα ή μετά από την απελευθέρωση των ενεργητικών πρωτονίων.