On the spectral properties of the backscattered solar lyman-alpha radiation: a theoretical search of the heliospheric boundary effects
In this work effects of the heliospheric boundaries on the interplanetary backscattered solar Lyman-alpha radiation are studied. We use our advanced kinetic model for distribution of hydrogen atoms inside the heliosphere. This model takes into account both global effects that are connected with heliospheric boundary and local effects of the solar gravitation, radiation and ionization important near to the Sun. We calculate spectra of the backscattered Lyman-alpha radiation and their integral characteristics as they would be measured at 1 AU. It is shown that "line of sight" temperature (that is the second moment of the spectra) is sensitive to kinetic properties of the velocity distribution function of the hydrogen atoms at the entrance into the heliosphere. It means that experimental data of Lyman radiation can be used as additional source of information on the structure and properties of the heliospheric boundaries.
В настоящей работе исследуется влияние процессов, происходящих в области взаимодействия солнечного ветра с межзвездной средой, на параметры рассеянного солнечного Лайман-альфа излучения на орбите Земли. При этом для описания распределения межзвездных атомов водорода в гелиосфере использовалась усовершенствованная кинетическая модель. В этой модели учитываются как эффекты, связанные с границей гелиосферы, так и локальные эффекты солнечной ионизации, гравитации и радиационного давления, существенные вблизи Солнца. На основе полученных распределений атомов водорода в гелиосфере были вычислены спектры рассеянного солнечного Лайман-альфа излучения для различных направлений луча зрения наблюдателя, находящегося на орбите Земли, а также интегральные характеристики этих спектров Показано, что наиболее чувствительной к свойствам распределения атомов водорода в гелиосфере является ширина линии спектра рассеянного излучения. Это означает, что имеющиеся многочисленные экспериментальные данные по рассеянному излучению могут быть использованы как источник дополнительной информации о свойствах границы гелиосферы.
1. Baranov V.B., Malama Yu.G. Model of the solar wind
interaction with the local interstellar medium - Numerical
solution of self-consistent problem // Journal of Geophysical
Research. 1993. V. 98. No. A9. Pp. 15,157.15,163.
2. McComas D.J., Allegrini F., Bochsler P. et al. Global Observations
of the Interstellar Interaction from the Interstellar
Boundary Explorer (IBEX) // Science. 2009. V. 326. I. 5955.
P. 959.
3. Izmodenov V.V., Gruntman M., Malama Yu.G. Interstellar
hydrogen atom distribution function in the outer heliosphere
// Journal of Geophysical Research. 2001. V. 106. Is. A6. pp.
10681.10690.
4. Summanen T. Yhe effect of the time and latitude-dependent
solar ionization rate on the measured Lyman a-intensity //
Astron Astrophys. 1996. V. 314. Pp. 663.371.
5. Bzowski M. Survival probability and energy modification of
hydrogen energetic neutral atoms on their way from the
termination shock to Earth orbit // Astronomy and
Astrophysics. 2008. V. 488. Pp. 1057.1068.
6. Lindsay B.G., Stebbings R.F. Charge transfer cross sections
for energetic neutral atom data analysis // Journal of
Geophysical Research. 2005. V. 110. P. A12213.
7. Катушкина О.А., Измоденов В.В. Влияние эффектов гелиосферного интерфейса на распределение параметров атомов межзвездного водорода внутри гелиосферы // Письма в Астрон. Ж. 2010. Т. 36. № 4. С. 310-319.
8. Malama Yu.G. Monte-Carlo simulation of neutral atoms
trajectories in the solar system // Astrophysics and Space
Science. 1991. V. 176. No. 1. Pp. 21.46.
9. Quemerais E. Angle dependent partial frequency redistribution
in the interplanetary medium at Lyman-ѓї // Astron.
Astrophys. 2000. V. 358. Pp. 353.367.
10. Brandt John C., Chamberlain Joseph W. Interplanetary Gas.
I. Hydrogen Radiation in the Night Sky // Astrophysical
Journal. 1959. V. 130. P. 670.
11. Lemaire P., Emerich C., Curdt W., et. al. Solar H Lyman
alpha full disk profile obtained with the SUMER/SOHO
spectrometer // Astronomy and Astrophysics. 1998. V. 334.
Pp. 1095.1098.
12. Costa J., Lallement R., Quemerais E. Heliospheric
interstellar H temperature from SOHO/SWAN H cell data //
Astron. Astrophys. 1999. V. 349. Pp. 660.672.
13. Quemerais E., Lallement R., Bertaux J.-L., et al.
Interplanetary Lyman α line profiles: variations with solar
activity cycle // Astronomy and Astrophysics. 2006. V. 455.
Is. 3. Pp. 1135.1142.
14. Izmodenov V.V., Malama Yu.G., Ruderman M.S. et al.
Kinetic-Gasdynamic Modeling of the Heliospheric Interface
// Space Science Reviews. 2009. V 146. I. 1-4. Pp.329-.351.
15. Lallement R., Quemerais E., Bertaus J.L. et al. Deflection of
the Interstellar Neutral Hydrogen Flow Across the Heliospheric
Interface//Science. 2005. V. 307. I. 5714. Pp. 1447.
1449.
16. Chalov S.V., Alexashov D.B., McComas D. et al. Scatterfree
Pickup Ions beyond the Heliopause as a Model for the
Interstellar Boundary Explorer Ribbon // The Astrophysical
Journal Letters. 2010. V. 716. I.2. Pp. L99.L102.
17. Malama Yu.G., Izmodenov V.V., Chalov S.V. Modeling of
the heliospheric interface: multi-component nature of the heliospheric
plasma // Astronomy and Astrophysics. 2006.
V. 445. I. 2. Pp. 693.701.
