ESTATÍSTICA DE EMISSÕES SOLARES MÉTRICAS ( MHz) OBSERVADAS PELO CALLISTO-BR NA FASE DE SUBIDA DO CICLO SOLAR 24

Transcrição

1 ESTATÍSTICA DE EMISSÕES SOLARES MÉTRICAS (45-87 MHz) OBSERVADAS PELO CALLISTO-BR NA FASE DE SUBIDA DO CICLO SOLAR 24 José Declerk B. Sinadinse, Rafael D. Cunha-Silva, Zuleika A. L. Sodré, Francisco C. R. Fernandes Universidade do Vale do Paraíba / IPD, São José dos Campos, SP, nucho-flo@hotmail.com Resumo- O CALLISTO-BR (Compound Astronomical Low frequency Low Cost Instrument for Spectroscopy and Transportable Observatory) é um instrumento composto de dois radioespectrógrafos, nas polarizações lineares horizontal e vertical, dedicado ao monitoramento da atividade solar em ondas métricas (45 a 87 MHz). As observações são realizadas diariamente das 9: UT às 19: UT. Os dados são registrados em 2 canais de frequência, em arquivos FITS de 15 minutos cada, com resolução espectral de 62,5 khz e resolução temporal de 1,25 milissegundos. Neste trabalho, é apresentada uma estatística sobre as 144 rádio-emissões solares registradas pelo CALLISTO-BR, entre março e dezembro de 21. As emissões identificadas foram classificadas como: emissões tipo I (1%), tipo II (1%), tipo III (39%), tipo V (3%) e outros tipos morfológicos mais complexos (56 %). A estatística de ocorrência inclui a determinação preliminar dos principais parâmetros observacionais nos domínios espectral e temporal. Este trabalho é resultado de um projeto de Iniciação Científica (apoio do INCT-A/MCT) realizado no Centro Latinoamericano de Estudos Solares Terrestres (CELESTE) da UNIVAP. Palavras-chave: Física Solar, Callisto-BR, radio emissões solares, ondas métricas Área do Conhecimento: Astronomia Introdução As rádio-emissões solares registradas em ondas métricas têm origem na coroa solar e representam assinaturas dos mecanismos de liberação de energia que as causam. Assim, as rádio-emissões solares registradas na faixa de ondas métricas representam, entre outros fenômenos, diagnósticos da presença de feixes de elétrons acelerados, de partículas aprisionadas em configurações magnéticas, de ondas de choques ou de precursores de fenômenos transientes solares. Portanto, sua identificação e análise são importantes na investigação da associação com flares solares ou ejeções de massa coronal (CME). Nos últimos anos, com o aprimoramento das resoluções dos instrumentos de observação solar, grandes avanços têm ocorrido na caracterização dos fenômenos solares e da estrutura topológica da atmosfera solar (cromosfera e coroa). Da mesma forma, as observações solares em rádio-frequências métricas, decimétricas e milimétricas têm permitido avançar nas pesquisas sobre questões relativas aos fenômenos eruptivos solares, como os flares e os processos de liberação de energia, aceleração e a propagação de partículas, à ocorrência de choques e CME. Diversos catálogos e levantamentos de rádioemissões solares registradas em ondas métricas foram publicados anteriormente, por exemplo, por Kundu at al. (1961), para a faixa de frequência de 5 a 1 MHz; por Dröge (1977), para a faixa de 2 a 14 MHz; e por Güdel e Benz (1988), para a banda de 3 a 1 MHz. Mann et al. (1996) publicaram um catálogo de emissões tipo II registradas na faixa de 4 a 8 MHz e Bernold (198) um catálogo de estruturas finas em emissões tipo IV na faixa de 1-3 MHz. O CALLISTO-BR Os 2 espectrógrafos que compõem o CALLISTO-BR foram instalados inicialmente na sede do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), em São José dos Campos, SP, em outubro de 29 (SILVA et al., 21), onde foram testados. Em janeiro de 21, o instrumento foi transferido para a Unidade Regional do INPE, em Cachoeira Paulista, SP, onde opera regularmente. O CALLISTO-BR que opera em conjunto com duas antenas log-periódicas na faixa de frequência de 45 a 87 MHz, integra a rede mundial e-callisto (BENZ et al., 25; BENZ et al., 29; MONSTEIN et al., 212). Tabela 1 apresenta as principais especificações do receptor do e-callisto. O projeto e-callisto tem como objetivo, promover o monitoramento contínuo da atividade solar na faixa de frequências métricas, por meio uma rede de rádio espectrógrafos espalhados ao redor do mundo. Informações detalhadas sobre o projeto e-callisto, incluindo documentação pertinente podem ser obtidas no endereço eletrônico: Users/cmonstei/instrument/callisto/index.php. 1

2 Tabela 1 Parâmetros do espectrógrafo Callisto Parâmetro Especificação Banda de Frequência 45 MHz - 87 MHz Resolução Espectral 62.5 KHz Largura de banda 3 KHz/-3 db Faixa Dinâmica -12 dbm -2 dbm Sensibilidade 25 mv/db +/-1 mv/db Número de canais 2 frequências por varredura Peso ~ 8 gramas Dimensões 11 cm x 8 cm x 2 cm Output 2 arquivos (FITS e log) A rede e-callisto está em constante atualização e novos instrumentos são adicionados à rede continuamente. Dados de maio de 212 apontam uma composição com 22 espectrógrafos em operação. A Figura 1 mostra a distribuição destes instrumentos ao redor do mundo. Cabe ressaltar que a localização do CALLISTO-BR é bastante importante para a rede, pois além da localização no hemisfério Sul, as observações preenchem uma lacuna no monitoramento contínuo do Sol, ou seja, há um intervalo de tempo no qual apenas o instrumento brasileiro está monitorando a atividade solar. Figura 1 Distribuição dos espectrógrafos e-callisto ao redor do mundo (Monstein, 212). Observações As observações são realizadas diariamente das 9: UT às 19: UT. Os dados na banda de 45 a 87 MHz são registrados em 2 canais de frequência, em arquivos FITS de 15 minutos cada, com resolução espectral de 62,5 khz e resolução temporal de 1,25 milissegundos. Entre março e dezembro de 21, o CALLISTO-BR registrou 144 eventos solares apresentando rádio-emissões em 218 dias de observação. A Figura 2 apresenta a distribuição mensal dos dias de observação e do número de eventos registrados com o CALLISTO-BR neste período. Resultados Considerando que cada 15 minutos de observação/monitoramento corresponde a 1 arquivo de dados, diariamente são gerados e armazenados 4 arquivos. Todos estes arquivos foram inspecionados visualmente por meio do programa de visualização RAPPViewer (disponibilizado por meio da página eletrônica da rede e-callisto). As rádio-emissões solares detectadas foram então catalogadas preliminarmente de acordo com sua morfologia apresentada no espectro dinâmico (SINADINSE et al., 212). Os principais tipos de emissões identificados foram: emissões tipo I (1%), tipo II (1%) e tipo III (39%). Nesta catalogação preliminar, as emissões contínuas, pulsações e emissões apresentando estruturas finas complexas foram agrupadas em uma categoria única especificada como outro tipo (56%). Dias / Eventos OBSERVAÇÃO - CALLISTO-BR (21) Dias de Observação MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ Mês Eventos registrados Figura 2- Distribuição mensal do número de dias de observação e do número de eventos registrados com o CALLISTO-BR em 21. 2

3 A Figura 3 apresenta um espectro dinâmico esquematizado para ilustrar a morfologia dos principais tipos de rádio-emissões solares. Figura 3- Espectro dinâmico sintético mostrando os diferentes tipos principais de rádio-emissões solares. Fonte: Adaptado de Cunha-Silva (212). Figura 6- Espectro dinâmico de uma rádioemissão tipo II registrada pelo CALLISTO-BR em 3 de novembro de 21 (~ 1:17 UT). A Figura 4 apresenta a distribuição dos diferentes tipos de rádio-emissões registrados pelo CALLISTO-BR entre março e dezembro de 21. TIPOS DE EXPLOSÕES T I - 1 TII - 2 OUTRO - 81 TIV - TV - 5 TIII - 57 Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV Tipo V Outro Figura 4- Distribuição dos diferentes tipos de rádio-emissões registrados pelo CALLISTO-BR em 21. Para ilustrar a ampla variedade dos tipos de rádio-emissões solares registradas pelo CALLISTO-BR, alguns exemplos foram selecionados. As Figuras 5, 6, 7 e 8 mostram rádio-emissões tipo I, tipo II, tipo III e tipo V, respectivamente. Figura 7- Espectro dinâmico de grupos de rádioemissões tipo III registrados pelo CALLISTO-BR em 1 de agosto de 21 às ~1:27 UT (espectro superior) e 11 de julho de 21 às ~11:3 UT (espectro inferior). Figura 5- Espectro dinâmico de uma rádioemissão tipo I registrada pelo CALLISTO-BR em 3 de março de 21 (~11:3 UT). Figura 8- Espectro dinâmico de rádio-emissão tipo V precedida de tipo III, registrada pelo CALLISTO- BR em 29 de abril de 21 (~ 15: UT). 3

4 As Figuras 9 e 1 apresentam espectros de rádio-emissões incluídas na categoria outro tipo devido a sua morfologia complexa. NÚMERO DE EVENTOS FREQUÊNCIA DE INÍCIO FREQUÊNCIA DE INÍCIO (MHz) Figura 12- Distribuição da frequência de início dos 144 registrados pelo CALLISTO-BR em 21. Figura 9- Espectro dinâmico de uma rádioemissão tipo patch registrada pelo CALLISTO- BR em 12 de fevereiro de 21 (~ 12:19 UT). Figura 1- Espectro dinâmico de uma rádioemissão com morfologia complexa registrada pelo CALLISTO-BR em 12 de fevereiro de 21 (~ 12:2 UT). Foram também estimados, a partir dos espectros dinâmicos, parâmetros observacionais das emissões identificadas, tais como frequência inicial, frequência final, instante inicial e duração. A Figura 11 mostra a distribuição de banda de frequência dos eventos identificados em função da frequência inicial. A distribuição da frequência de início é apresentada no histograma da Figura 12. BANDA DE FREQUÊNCIA (MHz) BANDA DE FREQUÊNCIA x FREQUÊNCIA DE INÍCIO FREQUÊNCIA DE INÍCIO (MHz) Figura 11- Distribuição de banda de frequência x frequência de início dos eventos identificados. Considerações Finais O Espectrógrafo CALLISTO-BR está em operação regular em Cachoeira Paulista, SP desde janeiro de 21. Tendo registrado entre março e dezembro de 21, 144 rádio emissões solares na faixa de ondas métricas. Ressalta-se que esse trabalho é preliminar e tem com objetivo promover uma triagem dos dados que contém (ou não) registros de atividade solar. Uma inspeção mais minuciosa será feita durante o processo posterior de análise destas emissões. O levantamento preliminar mostrou que as emissões apresentando morfologia de explosão tipo I, tipo II, tipo IV e Tipo V são bastante raras (totalizando apenas 5 % das emissões registradas em 21). A maioria das emissões para as quais foi possível classificar preliminarmente a morfologia, como já esperado, foi classificada como explosões tipo III (39 %). Para as demais rádio-emissões registradas no período (56 % do total), não foi possível uma classificação conclusiva, seja pela complexidade das estruturas ou pela baixa intensidade. A próxima etapa das atividades de catalogação dos dados de rádio-emissões solares registradas pelo CALLISTO-BR é promover o levantamento da atividade solar associada em diferentes comprimentos de onda, incluindo a ocorrência de flares solares em raios-x associados aos eventos identificados. Atualmente, também está em andamento a catalogação preliminar das rádio-emissões solares registradas pelo CALLISTO-BR em 211 e 212. Além disso, algumas rádio-emissões identificadas neste trabalho de catalogação, aquelas de particular interesse para as investigações dos fenômenos solares associados com a aceleração de partículas e ejeções e deslocamento de material coronal, já estão sendo analisadas por membros do CELESTE. Resultados preliminares destas análises podem ser obtidos nos trabalhos de Sodré et al. (211); 4

5 Sodré et al. (212); Cunha-Silva et al. (211a); Cunha-Silva et al. (211b) e Cunha-Silva (212). Agradecimentos J.D.B. Sinadinse agradece a bolsa de Iniciação Científica concedida pelo INCT-A. R.D. Cunha- Silva agradece a bolsa de mestrado da CAPES e a bolsa de Doutorado da FAPESP. Z.A.L. Sodré agradece à CAPES pela bolsa de mestrado. Ambos agradecem à UNIVAP pela isenção das mensalidades dos cursos de pós-graduação. Os autores agradecem ao INPE pelos dados do CALLISTO-BR. Referências - BENZ, A.O.; MONSTEIN, C.; MEYER, H., CALLISTO - A New Concept for Solar Radio Spectrometers, Sol. Phys., V.226, p , BENZ, A.O.; MONSTEIN, C.; MEYER, H.; MANOHARAN, P.K.; RAMESH, R.; ALTYNTSEV, A.; LARA, A.; PAEZ, J.; CHO, K.-S. A World-Wide Net of Solar Radio Spectrometers: e-callisto, Earth, Moon and Planets, V.14, n.1-4, p , BERNOLD, T. A catalogue of fine structures in type IV solar radio bursts. Astronomy and Astrophysics Supplement Series, V.42, p.43-58, CUNHA-SILVA, R.D.; SELHORST, C.L.; FERNANDES, F.C.R. Determinação de parâmetros observacionais de radioemissão solar tipo II registrada pelo CALLISTO-BR. XI EPG - Encontro Latino-Americano de Pós-Graduação, UNIVAP, São José dos Campos, SP, 211a. - CUNHA-SILVA, R.D.; SELHORST, C.L.; FERNANDES, F.C.R. Physical parameters of shock-accelerated electron region estimated from observations of solar metric band-splitting type II burst. Physicae Proceedings, XI Young Researchers Meeting, p. 9-1, 211b. - CUNHA-SILVA, R.D. Estudo de Radioemissão Solar Tipo II e sua associação com Flare Solar e Ejeção de Massa Coronal f. Dissertação (Mestrado em Física e Astronomia) Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento, Universidade do Vale do Paraíba, GÜDEL, M., BENZ, A. O. A catalogue of decimetric solar flare radio emission. Astronomy and Astrophysics Supplement Series, V.75, p , KUNDU, M.R.; ROBERTS, J.A.; SPENCER, C.J.; KUIPER, J.W. A comparison of the dynamic spectra of solar radio bursts in the decimeter and meter-wave-length ranges. Astrophys. Journal, V.137, n.1-1, p , MANN, G.; KLASSEN, A.; CLASSEN, H.-T. AURASS, H.; SCHOLZ, D.; MACDOWALL, R.J. STONE, R.G. Catalogue of solar type II radio bursts observed from September 199 to December 1993 and their statistical analysis. Astronomy and Astrophysics Supplement, V.119, p , MONSTEIN, C. The e-callisto Network Disponível em: astro1/users/cmonstei/instrument/callisto/appdoc s/the%2e-callisto-network.pdf. Acesso em 23 ago SILVA, R.D.C.; SELHORST, C.L.; FERNANDES, F.C.R. O Espectrógrafo CALLISTO-BR e as Investigações de Emissões Solares em Ondas Métricas. X EPG -Encontro Latinoamericano de Pós-Graduação, UNIVAP, São José dos Campos, SP, SINADINSE, J.D.B; FERNANDES, F.C.R.; CUNHA DA SILVA, R.D.; SODRÉ, Z.A.L.; SAWANT, H.S. Catálogo de rádio-emissões solares registradas pelo CALLISTO-BR em ondas métricas. IV Simpósio Brasileiro de Geofísica Espacial e Aeronomia SBGEA, São Paulo, SP SODRÉ, Z.A.L., MEIRA, D.D., SILVA, R.D.C., FERNANDES, F.C.R. Estruturas finas na rádioemissão solar em ondas métricas registradas pelo CALLISTO-BR em 3 de março de 21. XXII MPG Mostra de Pós-Graduação, UNITAU, Taubaté SP, SODRÉ, Z.A.L., SILVA, R.D.C., FERNANDES, F.C.R. Rádio-emissões solares tipo I associadas a tempestade de ruído em ondas métricas registradas pelo CALLISTO-BR. VII Encontro de Verão de Física do ITA, ITA, São José dos Campos SP, DRÖGE, F. Millisecond fine-structures of solar burst radiation in the range GHz. Astron. & Astrophys., V.57, n.1, p ,