Документ 2335138

Физика окружающей среды: Материалы VII Международной школы молодых ученых и специалистов. – Томск: Томский государственный университет. 2008.
Особенности меридионального, азимутального распространения и динамика аврорального свечения в событиях отрицательных внезапных импульсов
А.В.Моисеев1, С.И.Соловьёв1, К.Юмото2
1
Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г.Шафера СО РАН, Якутск,
Россия, e-mail: [email protected]
2
Университет Кюсю, Фукуока, Япония
1. Введение
Известно, что резкое сжатие (расширение) дневной магнитосферы солнечным ветром, в
геомагнитном поле проявляется как положительный внезапный импульс (SI+) (отрицательный
внезапный импульс – SI−). По сравнению с событиями SI+, особенности событий SI-, являются
малоисследованными. В работе [1] выявлены структуры в межпланетном пространстве – источники SI−. В этой же работе исследовано распределение направления поляризации в событиях SI− в зависимости от широты и местного времени. В работе [2] исследована реакция сияний
на SI−.
Целью данной работы является анализ особенностей распространения SI- по меридиану
и азимуту и их зависимость от ориентации ММП, влияния вариаций ионосферной проводимости из-за высыпания частиц на характеристики SI-.
2. Экспериментальные результаты
2.1 Полюсное и азимутальное распространение SI- Рис. 1 иллюстрирует меридиональное
Рис. 1 Широтные вариации H-компоненты геомагнитного поля в периоды Bz>0 (а) и
Bz<0 (б), в утреннем, вечернем и полуночном секторах. Стрелками показано направление
распространения SI- (C – север, Ю - юг). На магнитограммах показаны предварительный
(PI) и главный (MI) импульсы.
распространение SI-. Видно, что SI- имеет двухимпульсную структуру, состоящую из предварительного (PI) и главного (MI) импульсов (показано на рис. 1б). Полюсное распространение ре-
Физика окружающей среды: Материалы VII Международной школы молодых ученых и специалистов. – Томск: Томский государственный университет. 2008.
гистрируется от широт 57-67º до 75° при Bz>0 (Рис. 1а), при Bz<0 распространение к полюсу
наблюдается на широтах Ф’>70° (Рис. 1б). Скорость распространения составляла 1-5 км/c, как в
событиях, зарегистрированных при Bz>0, так и при Bz<0. В SI- 09.11.98 г. при Bz<0 (рис. 1б)
отмечалось распространение к экватору (югу).
Рис. 2 иллюстрирует азимутальное распространение на широтах 73-75° в 4-х SI-. Из рис.
2а следует, что в событии при |By/Bz|≤1 SI- распространялся на запад (З) в секторе 0800-0100
MLT и на восток (В) в секторе 2150-2330 MLT на широтах 77-80° (не показано). Скорости азимутального распространения в данном событии составляли 2-12 км/c на более высоких и 5-7 и
35.5 км/c на более низких широтах. Как следует из рис. 2б в событии при |By/Bz|>1(By>0) характер распространения существенно меняется – импульс распространяется в одном направлении: на запад в полуночно-вечернем секторе со скоростью 12-16 км/c. Из рис.2в следует, что в
SI-, зарегистрированном при |By/Bz|>1 (By<0) отмечалось распространение на восток как в вечернем (20-21 MLT), так и в утреннем (0200-0430 MLT) секторах со скоростями 1-3 км/с. Cобытие на рис. 2г, зарегистрированное в период |By/Bz|>1 было осложнено геомагнитными пульсациями. Тем не менее, сравнение отдельных максимумов ΔН по времени, показывает их распространение на восток в послеполуденном и на запад в дополуденном секторе, со скоростями ~10
Рис. 2 Долготные вариации H-компоненты поля на широтах 73-75° при разных
|By/Bz|>1(>1) By ММП >0 (<0) в событиях SI-: 31.07.98 г. (а), 9.11.98 г. (б), 16.05.98 г. (в),
26.09.98 г.(г) .Стрелками показано направление азимутального распространения SI- (З –
запад, В-восток).
км/c и 17-21 км/c, соответственно т.е. подобно, наблюдаемому в событии на рис. 2а при
|By/Bz|≤1.
2.2 Связь закономерностей распространения SI- с динамикой области высыпания частиц
Рис.3 иллюстрирует азимутальное распространение на запад с дневной на ночную сторону и
динамику сияний вдоль овала по данным спутника POLAR в SI- 22.06.97 г. Как видно из рис. 3,
Физика окружающей среды: Материалы VII Международной школы молодых ученых и специалистов. – Томск: Томский государственный университет. 2008.
область свечения (показана штриховкой
– рис. 3б) в утреннем секторе, возникшая
примерно за час до начала SI-, протяжённостью по долготе от 4 до 9 MLT при
развитии SI- в течение ~12 мин значительно сократилась.
В событии 26.09.98 г. на рис. 4 регистрировались два SI- в 10.31 UT и 10.37
UT. Как следует из рис. 4б, оба SI- сопровождались уярчением сияний в полуденном секторе (рис. 4б, кадры 2-4). После
второго SI- в 10.37 UT (кадр 4) произошло расширение области свечения вдоль
аврорального овала на восток в послеполуденном секторе (кадры 4-6). При этом
Рис. 3 Долготные вариации в дополуденно- направление расширения области свечеутреннем секторе в SI- 22 июня 1997 г. (а). Динамика сияний по данным спутника POLAR (LBHL ния совпало с направлением азимутальфильтр) в этом же событии (б).
ного распространения SI- на восток в послеполуденном секторе по данным рис. 4а. Регистрировались следующие значения скоростей
азимутального распространения SI- по наземным станциям: 14 км/c, 22 км/c. Скорость распространения SI- 14 км/c близка скорости расширения аврорального свечения, которая в данном
событии составляла ~9 км/c. Подобная скорость расширения сияний наблюдалась и в событии
SI+ 10.12.97 г., исследованном в работе [3].
3. Обсуждение
Согласно [4] - полюсное распространение SI объясняется влиянием восточного электрического поля. Область высыпающихся частиц в ионосфере под действием такого поля смещается к полюсу. Это приводит к росту ионосферной проводимости и перестройке токов. В событиях при Bz<0 усиливается западное электрическое поле, что может приводить к смещению источника SI- к экватору (югу).
Азимутальное распространение SI- происходит подобно распространению SI+ на запад
(восток) от полуденного меридиана в утреннем (вечернем) секторе. Скорости регистрировались
в основном в двух диапазонах V1 ≈1-12 км/с и V2 ≈35 км/c. Характер распространения SI- меня-
Физика окружающей среды: Материалы VII Международной школы молодых ученых и специалистов. – Томск: Томский государственный университет. 2008.
ется в зависимости от величины и направления By ММП, подобно SI+, что отражает процессы
пересоединения на дневной стороне в периоды больших By ММП.
Глобальные геомагнитные и оптические наблюдения сияний показали, что расширение магнитосферы приводит к снижению
интенсивности высыпаний частиц. Увеличение высыпаний возможно в том случае, если
расширение магнитосферы сопровождается
генерацией резонансных альвеновских колебаний (см. Рис. 4 – геомагнитные пульсации с
периодом 5-6 мин), обуславливающих возникновение продольных токов, электрическим
полем которых ускоряются высыпающиеся
частицы. В таких событиях распространение
SI- по азимуту со скоростью V1 совпадает по
Рис. 4 Долготные вариации в полуденновечернем секторе в событии SI- 26 сентября
1998 г. (а). Динамика сияний по данным
спутника POLAR (LBHL фильтр) в этом же
событии (б).
величине и направлению с расширением сияний с дневной на ночную сторону. Подобная
динамика сияний наблюдается в событиях SI+.
Наличие скоростей распространения SI по
азимуту в диапазоне V2 отражает распространение SI в виде МГД-волны со скоростью ~ 6001200 км/с, например, в неоднородном магнитосферном волноводе.
Работа выполнена при поддержке программы Президиума РАН №16, ч.3, гранта РФФИ № 0605-96118. Часть работ – в рамках гранта INTAS Ref. № 06-1000013-8823.
Список литературы
1. Takeuchi T., Araki T., Luehr H., Rasmussen O., Watermann J., Milling D.K., Mann I.R., Yumoto
K., Shiokawa K., Nagai T. Geomagnetic negative sudden impulse due to a magnetic cloud observed on
May 13, 1995 // J. Geophys. Res. 2000. V.105. P.18835-18846.
2. Sato N., Murata Y., Yamaguchi H., Yukimatu A.S., Kikuchi M., Watanabe M., Makita K., Yang H.,
Liu R., Rich F.J. Enhancement of optical aurora triggered by the solar wind negative pressure impulse
(SI-) // Geoph. Res. Let. 2001.V.28. P.127-130.
3. Соловьёв С.И., Моисеев А.В., Енгебретсон М., Юмото К. Формирование внезапного геомагнитного импульса: влияние вариаций ионосферной проводимости // Геомагнетизм и аэрономия.
2004. Т. 44. № 4. C. 453-462.
Физика окружающей среды: Материалы VII Международной школы молодых ученых и специалистов. – Томск: Томский государственный университет. 2008.
4. Соловьёв С.И., Моисеев А.В., Енгебретсон М., Юмото К. Влияние ориентации межпланетного магнитного поля на формирование и распространение внезапного геомагнитного импульса //
Геомагнетизм и аэрономия. 2005. Т. 45. № 3. C. 373-385.