ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 3, с. 357-363
УДК 550.385.4
КНЧ ПОЛЯРНЫЕ ХОРЫ И МАГНИТНЫЕ БУРИ
© 2007 г. Н. Г. Клейменова1' 2, О. В. Козырева1
1Институт физики Земли, РАН, Москва 2Институт космических исследований, РАН, Москва e-mail: kleimen@ifz.ru Поступила в редакцию 30.11.2006 г.
Анализируются данные непрерывных наблюдений КНЧ излучений (полярных хоров) на антарктической обс. Южный Полюс (South Pole, Ф = -74.02°) за 1997-1999 гг., а также во время суперсильных магнитных бурь октября и ноября 2003 г. Установлено, что усиление полярных хоров наблюдается, как правило, во время начальной и восстановительной фаз магнитной бури при положительных значениях вертикальной компоненты межпланетного магнитного поля (Bz ММП > 0). В таких условиях обс. Южный Полюс находится в области замкнутых силовых линий. Найдено, что в главную фазу бури, после поворота Bz ММП к югу и начала интенсивной суббури в ночной стороне авроральной зоны, в обс. Южный Полюс генерация полярных хоров резко прекращается. Вероятно, это происходит потому, что за счет расширения полярной шапки данная обсерватория оказывается в области проекции открытой магнитосферы.
PACS: 94.30.Aa; 94.30.Lr
1. ВВЕДЕНИЕ
Среди различных типов ОНЧ излучений наименее изученными являются так называемые "полярные хоры", типичные для дневного сектора полярных широт. Этот термин был предложен в работе [Ungstrup and Jackerott, 1963] для наблюдаемых ими в обс. Годхавен (Ф = 77.3°) КНЧ излучений, спектр которых представлял собой непрерывную полосу шума с наложением дискретных сигналов возрастающей частоты с очень маленькой дисперсией. Заметим, что дискретные сигналы полярных хоров не всегда четко могут быть выделены на динамических спектрах (сонограм-мах) этих излучений из-за большой интенсивности шумовой составляющей, поэтому термин "хоры" здесь несколько условен.
Максимум в суточном ходе появления полярных хоров отмечается в предполуденное и околополуденное время, тогда как для классических ОНЧ хоров, типичных для авроральных и субав-роральных широт максимум появления приходится на ранние утренние часы [Ungstrup and Jackerott, 1963; Holtet et al.,1983; Клейменова и др., 1983, 1984]. В сезонном ходе появления полярных хоров четкий максимум наблюдается в летние месяцы, а зимой число случаев появления полярных хоров уменьшается почти на порядок [Ungstup and Jackerott, 1963]. В работе [Tsurutani and Smith, 1977] по данным спутника OGO-5 было выделено два типа КНЧ хоров: - экваториальные хоры, генерируемые в утреннем секторе вблизи экватора сразу за плазмопаузой, в области между плазмо-
паузой и магнитопаузой (преимущественно на 5 < < L < 8), и - высокоширотные хоры, генерируемые вдали от экватора, в высоких широтах (преимущественно на 7 < L < 11). На рис. 1 приведено распределение экваториальных и высокоширотных хоров в дневной магнитосфере по данным [Tsurutani and Smith, 1977]. Полярные КНЧ хоры являются наземным проявлением высокоширотных хоров.
Наблюдения на земной поверхности на широтах дневного полярного каспа [Клейменова и др., 1983, 1984] показали, что полярные хоры - явле-
Рис. 1. Схема распределения в магнитосфере экваториальных и высокоширотных хоров [Tsurutani and Smith, 1977].
-20 «-40
[-4 -60
к -80 -100 -120
440 о 420 Ц 400 * 380 360 30 m 25 's 20 ° 15 10
5
12 ц 10 £ 8
6
09. 10. 1997 г.-12. 10. 1997 г. Dst
ч
5 0 -5
09. 10
10. 10 11. 10
10. 10. 1997 г.
12. 10
SPA
0.5-1.0 кГц
0 -20 н -40 Ъ -60 -80 -100
550 о 500 s 450 к400 350 30 25
Is 20
з 15 10
18 16 14 12 10
12. 01. 1999 г.-15. 01. 1999
ч Н к
6 10 5 0 -5 -10 -15 12. 01
Dst -if 1
V i 1
Np м
B --
д Bz
- W 'i ПГГ 1
13. 01 14. 01 15. 01
13. 10. 1999 г. SPA
0.5-1.0 кГц
08 10 12 14 16 18 20 22
UT
Рис. 2. Полярные хоры во время магнитной бури 10 октября 1997 г.; вверху - Dsf-вариация, скорость (V) и плотность (Np) солнечного ветра, B и Bz ММП (часовые данные OMNI) в ближайшие 4 дня (отрицательные значения Bz ММП зачернены); внизу - всплеск полярных хоров в обс. Южный Полюс (SPA).
ние типичное для средне возмущенных условии (Кр ~ 2-3), при этом интенсивность излучении может существенно (в 2-3 раза) изменяться даже на небольших (~250 км) расстояниях по широте [КлеИменова и Козырева, 1991]. Вместе с тем следует отметить, что характеристики и корреляционные связи полярных хоров с различными физическими процессами в магнитосфере Земли изучены явно недостаточно во многом из-за сложности про-
1-2 кГц ........................................
08 10 12 14 16 18 20 22
ит
Рис. 3. То же, что на рис. 2 для магнитноИ бури 13 января 1999 г.
ведения наблюдений в труднодоступных областях Арктики и Антарктики.
Целью данной работы является исследование данных регистрации КНЧ излучений на антарктической обс. Южный Полюс в разные фазы магнитной бури.
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
В работе использованы данные регистрации КНЧ излучений (0.5-2.0 кГц) на антарктической обс. Южный Полюс (South Pole, Ф = -74.02°, геомаг-
28.10.1999 г. SPA
18
10
12
14
UT
16
18
Рис. 4. Пример прекращения всплеска полярных хоров в обе. Южный Полюс с началом суббури в ночном секторе магнитосферы (обе. Тикси).
нитный полдень в 15.30 UT) в 1997-1999 гг., а также во время суперсильных магнитных бурь в октябре и ноябре 2003 г. (http://www.polarumd.edu/data-ar-chive/antarctic/south-pole/). Эта обсерватория расположена на южном географическом полюсе. Для оценки ситуации в солнечном ветре и межпланетном магнитном поле (ММП) была использована спутниковая база данных OMNI (http://nss-dc.gsfc.nasa.gov/omniweb) с осреднением в один час. Положение экваториальной границы полярной шапки оценивалось по модельному представлению OVATION (http://sd-www.jhuapl.edu/Auro-ra/ovation/ovation-display.html), построенному с учетом данных ближайшего к исследуемому интервалу
времени пролета одного или нескольких спутников DMSP.
3. ПОЛЯРНЫЕ ХОРЫ В РАЗНЫЕ ФАЗЫ МАГНИТНОЙ БУРИ
Полярные хоры являются довольно типичным дневным явлением на геомагнитных широтах 74— 77°, и их интенсивность уменьшается как в очень спокойных, так и в сильно возмущенных условиях. Анализ данных наблюдений показал, что всплески полярных хоров в обс. Южный полюс наблюдаются в дневное время с ~08-09 МЦТ до ~15-16 МЦТ, что соответствует интервалу —11—19 иТ. Рассмотрим
ч
fc о
16-17. 04. 1999 г.
Dst
17. 04. 1999 г.
17. 04
SPA
08 10 12 14 16 18 20
16 UT
0 -40 -60
90
22 UT
Рис. 5. Всплеск полярных хоров в восстановительную фазу магнитной бури 16-17 апреля 1999 г., слева - .ОзГ-вариация, скорость (V) и плотность (Np) солнечного ветра, B и Bz ММП, в правом нижнем углу - положение аврорального овала по модельным расчетам OVATION, на графике также указан номер спутника DMSP и время его пролета.
особенности появления всплесков полярных хоров в разные фазы магнитной бури.
3.1. Начальная фаза бури
Из базы данных OMNI были выбраны изолированные магнитные бури с внезапным началом, вызванные подходом к магнитосфере Земли межпланетного магнитного облака, передний край которого представлял собой сильно сжатую турбулентную область (the sheath) с высокой плотностью солнечного ветра и большими вариациями в ММП. В большинстве случаев в это время Bz ММП > 0. В анализе использовались только те бури, начальная фаза которых развивалась в интервалы времени, соответствующие максимуму вероятности появления полярных хоров в обс. Южный Полюс, т.е. в 11-19 UT.
Результаты исследования показали, что в подавляющем большинстве случаев начальная фаза магнитной бури сопровождалась появлением интенсивных всплесков КНЧ излучений в обс. Южный Полюс. На рис. 2 приведен пример случая бури
10 октября 1997 г. В верхней части этого рисунка показана ßsf-вариация и ситуация в солнечном ветре и ММП в ближайшие 4 дня (09-12 октября 1997 г.) по данным OMNI (периоды времени с отрицательными значениями Bz ММП зачернены). Видно, что резкое возрастание интенсивности полярных хоров 10 октября 1997 г. (нижние графики на рис. 2) произошло с подходом к магнитосфере Земли ударной волны, вызванной резким усилением плотности солнечного ветра. Всплеск полярных хоров наблюдался только в интервале времени (~13-16 UT), когда значения Bz ММП были положительными. Появление отрицательных значений Bz ММП (в ~16 UT) и начало главной фазы бури привели к резкому затуханию излучений, особенно на частотах ниже 1 кГц.
Еще один пример возбуждения полярных хоров в начальную фазу бури (случай 13 января 1999 г.) показан на рис. 3. В верхней части этого рисунка приведена ßsf-вариация и ситуация в солнечном ветре и ММП в ближайшие 4 дня (12-15 января 1999 г.) по данным OMNI. Видно, что и в этом случае в начальную фазу магнитной бури наблюдал-
ся всплеск полярных хоров, причем только в очень короткий интервал времени (~15-16 UT), когда значения Bz ММП были положительными. С поворотом Bz ММП к югу всплеск полярных хоров резко прекратился.
Случай возбуждения высокоширотных (L ~ 9) КНЧ хоров в начальную фазу магнитной бури 10 января 1997 г. был также показан в работе [Lauben et al., 1998] по данным спутника POLAR.
Таким образом, анализ данных показал, что появление всплесков полярных хоров в начальную фазу магнитной бури является типичным явлением.
3.2. Главная фаза бури
Как и в случае начальной фазы магнитной бури, для анализа полярных хоров в главную фазу бури из базы данных OMNI выбирались лишь случаи, когда начало главной фазы изолированной магнитной бури отмечалось в интервале 11-19 UT.
Как показали результаты анализа, в главную фазу бури при больших отрицательных значениях Bz ММП всплесков полярных хоров в обс. Южный Полюс не наблюдалось. Как правило, начало главной фазы магнитной бури сопровождается развитием суббури в ночном секторе магнитосферы. Мы сопоставили наблюдения всплесков полярных хоров в обс. Южный полюс с одновременными наблюдениями геомагнитных вариаций в ночном секторе авроральной зоны (обс. Тикси, Ф = 65.3°). Геомагнитная полночь в обс. Тикси отмечается в 15.30 UT, что соответствует геомагнитному полдню в обс. Южный полюс.
Было установлено, что резкое начало интенсивной суббури в
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.