УДК 523.62-726
МГД-СТРУКТУРА МЕЖПЛАНЕТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ, НАБЛЮДАВШИХСЯ ВБЛИЗИ ЗЕМЛИ ВО ВРЕМЯ СОЛНЕЧНО-ЗЕМНОЙ БУРИ 7-13 НОЯБРЯ 2004 г.
© 2011 г. К. Г. Иванов
Учреждение РАН Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова
г. Троицк (Московская обл.) e-mail: kivanov@izmiran.troitsk.ru Поступила в редакцию 03.10.2010 г.
МГД-структура и конфигурация межпланетных возмущений вблизи Земли в ходе гелиосферной экстрабури ноября 2004 г. рассмотрена с учетом влияния секторной структуры ММП и с использованием результатов расчета нормалей к ударным волнам, магнитным облакам и секторным границам по данным измерений на околоземных ИСЗ. Три последовательных интервала возмущений соответствовали входу, нахождению внутри и выходу Земли из относительно узкого положительного сектора со вспышечно-активной областью 10696, породившей серию из ударных волн и активное трансэкваториальное волокно. Показано, что в этих трех различных положениях МГД-структура и конфигурация околоземных возмущений существенно и специфически для каждого положения зависели от секторной структуры ММП и взаимодействия ударных волн с секторными границами, волокном и магнитными облаками. В частности, это выражалось в кратных пересечениях секторных границ, сильной деформации магнитных облаков. Показано, что в рассмотренных условиях модели цилиндрических круговых облаков имеют ограниченное применение.
1. ВВЕДЕНИЕ
В работе Иванова и Харшиладзе [2009] обнаружен квазидвухлетний МГД-процесс, ответственный за возникновение, динамику, геоэффективность и исчезновение 4-секторной структуры крупномасштабного открытого магнитного поля Солнца (КОМПС) на фазе спада 23-го цикла (май 2004-де-кабрь 2005 г.). Процесс характеризовался МГД-возмущением, распространявшимся от зоны активных долгот в направлении вращения Солнца и диссипировавшим при завершении полного пробега вокруг Солнца при достижении обратной стороны зоны активных долгот. Процесс состоял из нескольких этапов, каждый из которых представлял собой некое замечательное состояние КОМПС и его медленную (в течение нескольких солнечных оборотов) динамику, в ходе которой возникали активные секторные границы, центры активности и специфическая для каждого этапа мощная гелиосферная буря. В итоге возникла серия гелиосферных бурь июля и ноября 2004 г., января, мая, августа и сентября 2005 г., образовавшая своеобразный кластер родственных по происхождению гелиосферных бурь.
Начата работа по более детальному исследованию двух первых этапов: мая—июля ("Сверхконцентрация"), августа—декабря ("Вытеснение") 2004 г. как в рамках такого широкого подхода, так и с учетом результатов других авторов для соответствующих гелиосферных бурь июля и ноября 2004 г. [Иванов, 2009; 2010; 2010а; 2010б].
Непосредственно солнечным источникам, межпланетным возмущениям и моделированию бури начала ноября 2004 г. уделено значительное внимание в работах [Ермолаев и др., 2005; Williams et al., 2005; Черток, 2006; Wang et al., 2007; Harra et al., 2007; Pohojolainen et al., 2007; Dasso et al., 2007; Longcope et al., 2007; Bisi et al., 2008].
В МГД-структуре межпланетных возмущений вблизи Земли идентифицированы шесть головных и две обратные ударные волны, два магнитных облака [Ермолаев и др. 2005; Harra et al., 2007]. В классе моделей бессилового кругового цилиндра оценены конфигурации, размеры и спиральность магнитных облаков [Harra et al., 2007; Dasso et al., 2007; Longcope et al., 2007], а в одном случае и магнитный поток [Longcope et al., 2007].
Более детальные представления об МГД-струк-туре этих возмущений можно получить: во-первых, если учесть конфигурацию межпланетных ударных волн, что существенно для более точной привязки к солнечным источникам [Иванов, 2011], и, во-вторых, если рассмотреть связь этих возмущений с секторной структурой магнитного поля Солнца.
Цель данной статьи — развитие представлений о структуре и конфигурации этих возмущений с учетом, в первую очередь, того обстоятельства, что они наблюдались в окрестностях гелиосферного токового слоя, при неоднократных пересечениях секторных границ. Кроме того, предлагается неза-
0
V, км/с 800 600 400
10 11 ноябрь 2004 г.
10 11 ноябрь 2004 г.
Рис. 1. Вариации 16-секундных значений модуля индукции ММП и 64-секундной потоковой скорости V солнечного ветра по наблюдениям на ИСЗ АСЕ в 3-х последовательных интервалах бури ноября 2004 г.
висимая оценка числа и конфигурации магнитных облаков. Возмущения разбиваются на три последовательных интервала (разд. 3—5), в каждом из которых наблюдались соответственно три, две и одна головные ударные волны, по одному магнитному облаку, а в первом и третьем интервалах — кратные пересечения секторных границ. Результаты обсуждаются (разд. 5) в свете работ других авторов
2. ДАННЫЕ И МЕТОДЫ
Использованы данные наблюдений ММП и солнечного ветра по измерениям в основном на ИСЗ АСЕ (http://cdaweb.gsfc.nasa.gov//) ведущих экспериментаторов соответственно N.F. Ness,a и
D.J. McComas'a. В отдельных случаях данные АСЕ сопоставлялись с данными ММП по ИСЗ Wind (T Lepping) и ИСЗ Geotail (S. Kokubun). Нормали к сильным разрывам, времена пробега между ИСЗ, смысл и конфигурация основных структурных элементов МГД-возмущений оценивались стандартными многократно проверенными методами, например, в работе [Иванов и др., 2005]. Секторная структура — по соответствующей карте КОМПС, построенной в работе [Иванов, 20106]. Как и в работе [Harra et al., 2007] МГД-возмущения разбиты на три последовательных интервала, характеризующих своеобразную дискретность и затухающую интенсивность МГД-возмущения в целом (рис. 1).
Ниже эти возмущения последовательно анализируются более детально в связи с соответствующими источниками (рис. 2) [Иванов, 2010б; 2011] — секторной структурой, вспышками в АО 10696 и трансэкваториальной активностью между АО 10696 и 10695.
3. МГД-СТРУКТУРА ВОЗМУЩЕНИЙ ПЕРВОГО ИНТЕРВАЛА (00 ит 7.11-00 ит 9.11.2004 г.)
На рисунках 3 и 4 даны вариации B, Bx, By, Bz компонент ММП, концентрации п, компонент скорости V, Vx, Vy, Vz и температуры Т протонов солнечного ветра, а также отношения концентрации а-частиц к протонам п^/п для первого интервала.
Это возмущение возникло при переходе Земли из отрицательного сектора ММП в положительный (рис. 2). Его солнечными источниками были корональные выбросы (СМЕ), связанные со вспышками из АО 10696: 1п, 1Ь и 2п соответ-
7
8
9
7
8
9
Рис. 2. Карта фотосферных источников КОМПС, отрицательных (ORI-, OR—) и положительных (OR1+), центрированных на солнечный оборот 9 X1 2004 (Иванов, 20106). Вертикальные линии — границы зоны активных долгот (сплошные) и ее окрестностей; кружки — центры АО 10696, 10695 и т.д.; отрезок прямой — трансэкваториальное волокно; кривые — нейтральные линии КОМПС на поверхности источника; прерывистая — на предыдущий оборот.
80
ч
Т
и 40
«т
0
и 20 £ и 0
-20
ч 40 Т
* 0 «Т
-40
и 40 £
я 0
о?
40
_ £1 £2 1 1 II 1 + £3 * 1 1 1 - + ..............
11 У !
...... м 1 1 1 г у ^ ..... *..............
У ГУ —
...... ' 1 1 1 н ЧДиг ..............
М/МНЧу ИиЕ1 1
...... 'Иг 1 1 1 П П —" ..............
12 0 7 ноября
12 иТ
8 ноября 2004 г.
Рис. 3. Вариации ММП по наблюдениям ИСЗ АСЕ в 1-м интервале. 51, S2, £3, Я1, £г-фронта 3-х головных ударных волн, передней границы облака и обратной волны соответственно; знаки плюс и минус обозначают сектора ММП.
ственно 4.11.2004 г. в 21:47 Щ Ш0Е20; 5.1.2004 г. в 11:27 иТ Ш7Е12 и 6.11.2004 г. в 00:13 Щ Ш0Е08 [Иванов, 2011].
Последовательное прохождение сквозь положительный сектор и взаимодействие этих СМЕ с соответствующей секторной границе обусловили характерную динамику и структуру исследуемых МГД-возмущений. Так, по свойствам МГД-струк-туры (рис. 3, 4) это возмущение разделяется на два последовательных интервала: во-первых, от наблюдения первой межпланетной ударной волны до наблюдения границы магнитного облака (7.11.2004 г. 02:00-22:30 иТ), во-вторых, интервал прохождения магнитного облака (до ~18 иТ 8.11.2004 г.). Итак, первый интервал — это приближение Земли к секторной границе между отрицательным и положительным секторами и ее пересечения, второй — интервал магнитного облака, наблюдавшегося внутри положительного сектора.
Ниже (3.1—3.2) МГД-структура и конфигурация возмущений каждого интервала рассматриваются более подробно.
3.1. Возмущения при приближении к секторной границе и ее пересечении (02:00—22:30 иТ 7.11.2004 г.). Эти возмущения характеризуются прежде всего многократными пересечениями секторной границы с нарастающей интенсивностью и сложностью вариаций ММП и плазмы солнечного ветра (рис. 3 и 4), что обуславливалось последовательным взаимодействием с одной и той же секторной границей
3-х межпланетных ударных волн после указанных выше солнечных вспышек, и постепенным приближением Земли к окончательному пересечению этой границы. В соответствии с направлением распространения ударной волны (углы нормалей ф^ = 210, 205 и 210°С, ф^ = -10, -10, —5°С) под действием переменного динамического напора секторная граница перемещалась с востока на запад и с запада на восток. Земля по меньшей мере пять раз пересекала эту границу, включая окончательное пересечение (~20 иТ 7.11.2004 г.). В соответствии с направлением распространения ударных волн и перемещениями секторной границы происходили и вариации поперечных Уу и К-компонент скорости солнечного ветра (рис. 4). По мере приближения Земли к окончательному входу в положительный сектор нарастала интенсивность и сложность возмущений. Так, при первом и втором входе - выходе Земли в положительный сектор и последующем окончательном ее вхождении компоненты поля Вх и Ву (рис. 3) последовательно принимали значения соответственно 5, 10 и 25 нТл и 10, 15 и 40 нТл.
Наиболее сложные и интенсивные возмущения наблюдались между третьим ударным фронтом £3 и границей магнитного облака Ш - в ударном слое. В этот слой оказалась захваченной секторная граница, и поэтому магнитное облако располагалось внутри положительного сектора.
3.2. Магнитное облако (~20 иТ 7.11.—12 иТ 8.11.2004 г.). Магнитно
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.