ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 2, с. 206-218
УДК 550.338.1
ОСОБЕННОСТИ ПЛАНЕТАРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АВРОРАЛЬНЫХ ВЫСЫПАНИЙ В ПЕРИОДЫ СУББУРЬ
© 2007 г. В. Г. Воробьев1, О. И. Ягодкина1, Г. В. Старков1, Я. И. Фельдштейн2
1Полярный геофизический институт КНЦ РАН, Апатиты (Мурманская обл.)
2Институт земного магнетизма и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова, РАН,
Троицк (Московская обл.) e-mail: vorobjev@pgi.kolasc.net.ru Поступила в редакцию 21.03.2006 г.
По наблюдениям спутников F6 и F7 построена планетарная картина развития суббури в аврораль-ных высыпаниях. Детально рассмотрено поведение границ авроральных вторжений и характеристики высыпающихся электронов в различных областях высыпаний в периоды всех фаз среднестатистической магнитосферной суббури с интенсивностью в максимуме AL —400 нТл. Показано, что в период суббури в ночном секторе наиболее широкой является область структурированных авроральных высыпаний, AOP, а в дневном - диффузная авроральная зона, DAZ. В дневном секторе все области высыпаний синхронно смещаются к экватору не только в фазе зарождения, но и в период фазы развития суббури. При этом наибольшее смещение в низкие широты дневной области AOP наблюдается в максимуме фазы развития. В результате этого смещения площадь полярной шапки увеличивается в период фаз зарождения и развития суббури. Показано, что среднее положение границ высыпаний и потоки энергии высыпающихся электронов в каждой фазе линейно связаны с интенсивностью магнитного возмущения. Это дает возможность построить модель развития авроральных высыпаний в периоды суббурь любой интенсивности в каждой из своих фаз.
PACS: 94.30.Aa; 94.30Lr
1. ВВЕДЕНИЕ
При исследовании характеристик магнито-сферных суббурь особый интерес представляет динамика сияний и авроральных высыпаний. Согласно классической схеме, предложенной Ака-софу [Akasofu, 1964, 1977], развитие авроральной суббури начинается в районе полуночи с резкого повышения яркости (момент T = 0 или T0) наиболее низкоширотной дуги сияний с последующим расширением области яркого свечения к полюсу, западу и востоку. В дальнейшем эта схема несколько уточнялась и к ней была добавлена фаза зарождения суббури как на основе наблюдений за вариациями магнитного поля [McPherron, 1970; Ивлив и др. 1970], так и за авроральным свечением [Старков и Фельдштейн, 1971]. Фаза зарождения начинается примерно за час до момента T0 и на ночной стороне Земли характеризуется смещением дискретных форм сияний к экватору [Старков и Фельдштейн, 1971].
На дневной стороне в период фазы зарождения суббури лучистые дуги сияний двигаются к полюсу, однако при этом вся полоса свечения смещается к экватору [Vorobjev et я1., 1975; 1976]. Исследование вариаций яркости дневных сияний показало, что существуют три максимума интен-
сивности [Старков и др., 1973; Vorobjev et я1., 1976]. Первый наблюдается в начале фазы зарождения суббури, следуя за поворотом на юг Bz-компоненты ММП. Второй максимум, длительностью 10-15 мин, появляется сразу же после начала фазы развития суббури одновременно с активизацией ночных сияний. Появление третьего максимума интенсивности примерно совпадает с максимумом магнитной бухты на ночной стороне Земли, когда волна свечения, распространяясь вдоль овала, доходит до полуденного сектора.
Дневная сторона магнитосферы первой реагирует на воздействие солнечного ветра, в свете чего характеристики дневных сияний и плазменных вторжений в этой области во время фазы зарождения суббури дают информацию об особенностях последующей фазы развития, когда происходит основное выделение энергии в ионосфере.
В настоящей работе представлены результаты исследования характеристик дневных авроральных высыпаний в периоды суббурь. Построена картина планетарного распределения различных областей электронных высыпаний, их динамика и энергетика на разных фазах магнитосферной суббури.
2. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ
Для исследования динамики авроральных высыпаний в процессе развития суббури использовались данные спутников DMSP F6 и F7 за полный 1986 год. Всего рассмотрено более 30000 пересечений спутниками зоны высыпаний в северном и южном полушариях.
Исследование планетарного распределения различных областей высыпаний затруднено различной терминологией, используемой для описания их границ. В работе [Newell et al., 1991] представлен автоматический алгоритм определения границ, в котором для обозначения различных типов авроральных вторжений использованы обозначения магнитосферных доменов (CPS - центральный плазменный слой, BPS - граничный плазменный слой, LLBL - низкоширотный граничный слой и др.). Такая терминология предопределяет взаимосвязь авроральных высыпаний на низких высотах с определенными плазменными доменами в магнитосфере Земли. Хотя подобные исследования активно проводятся в течение последних двух десятилетий, однозначного толкования взаимосвязи между потоками высыпающихся частиц и положением их источника в магнитосфере пока не достигнуто. Не случайно авторы работ [Фельд-штейн и Гальперин, 1996; Newell et al., 1996] сочли более приемлемым перейти к другой терминологии отождествления границ (b1e, b1i, b2e, b2i, ... b6), которая отражает характеристики и тонкую структуру высыпаний в ночном секторе. Однако для описания структуры дневных высыпаний сохранялась прежняя терминология, использующая для обозначения областей высыпаний названия магнитосферных доменов. Это во многих случаях серьезно осложнило интерпретацию результатов наблюдений низковысотных спутников и затрудняло построение планетарной картины высыпаний.
В этой связи в работе [Старков и др., 2002] была предложена новая терминология областей высыпаний, выполненная на основе сопоставления структуры высыпаний с планетарным распределением аврорального свечения. Эта терминология позволяет единообразно описать структуру авроральных вторжений в ночном и дневном секторах. Было предложено выделить три зоны высыпаний. DAZ (diffuse auroral zone) - диффузная авроральная зона, представляющая собой пояс диффузных высыпаний, расположенный эквато-риальнее овала и пространственно совпадающий с зоной диффузного аврорального свечения. AOP (auroral oval precipitation) - высыпания аврорального овала, связанные со структурированными высыпаниями, экваториальная граница которых пространственно совпадает с экваториальной границей овала дискретных форм сияний. SDP (soft diffuse precipitation) - зона мягких диффузных вы-
сыпаний, окаймляющих область AOP с приполюсной стороны. Такая структура для области аврорального свечения на ночной стороне была предложена ранее в [Galperin and Feldstein, 1991; Feldstein and Galperin, 1993].
Экваториальной границей области DAZ в новой терминологии является граница ble на ночной стороне и экваториальная граница высыпаний типа CPS на дневной. Полюсной границей этой области на ночной стороне является граница b2e, а на дневной - полюсная граница высыпаний CPS.
Экваториальной границей области AOP на ночной стороне является граница b2e, а на дневной стороне - экваториальная граница высыпаний типа BPS. Полюсной границей области AOP на ночной стороне является граница b5e, а на дневной - наиболее высокоширотная граница высыпаний типа BPS. В дневном секторе овал сияний располагается в экваториальной части области AOP. Приполюсная часть AOP здесь содержит смешанные высыпания BPS и LLBL типов.
Полоса высокоширотного мягкого свечения, SDP, экваториальной стороной примыкает к полюсной границе AOP. Полюсной границей SDP на ночной стороне является граница b6, а на дневной полюсная граница высыпаний типа LLBL. Выше SDP на ночной стороне находится полярная шапка, а на дневной - высыпания полярного каспа и/или мантии. Характеристики высыпаний, связанные с каспом и мантией, в настоящей работе не исследовались.
В связи с тем, что высыпания на дневной и ночной сторонах Земли могут иметь различные маг-нитосферные источники, в работе [Старков и др., 2003] проведен анализ возможности стыковки дневных и ночных границ авроральных вторжений в утренние и вечерние часы местного геомагнитного времени. Хорошее совпадение однотипных границ дало возможность авторам построить планетарную картину высыпаний для нескольких интервалов магнитной активности. В работе [Воробьев и Ягодкина, 2005] представлены аналитические выражения, описывающие широтное положение границ дневных и ночных высыпаний в зависимости от уровня магнитной активности, выраженной величинами AL- и Of-индексов, и построена планетарная картина высыпаний для разных уровней возмущенности.
В настоящей работе проведено исследование характеристик авроральных высыпаний в периоды магнитосферных суббурь. При проведении исследований спутниковые данные о положении границ различных типов авроральных вторжений и их характеристики усреднялись в 3-часовых секторах MLT. Характеристики ночных высыпаний в секторе 21-24 MLT были исследованы в работе [Vorobjev et al., 2003]. В настоящей работе проведены аналогичные исследования во всех осталь-
ных секторах MLT и построена планетарная картина развития электронных высыпаний в периоды суббурь. Как и в работе [Vorobjev et al., 2003], для каждого пролета спутника через зону высыпаний была определена фаза суббури по минутным значениям AL-индекса. Суббури разбивались на три фазы: фазу зарождения, фазу развития и фазу восстановления. Фаза суббури определялась в соответствии с классическими работами [Akasofu et al., 1966; Kokubun, 1970; McPherron, 1970; Iijima and Nagata, 1972 и др.]. Основной чертой фазы зарождения является медленный рост магнитной активности, предшествующий фазе развития суббури. Начало резкой отрицательной бухты было определено как время начала суббури, T0. Так как спутник пересекает зону авроральных высыпаний в течение нескольких минут, фаза суббури определялась в момент пересечения спутником области AOP.
Каждая из фаз суббури была дополнительно разбита на три равные по длительности подфазы, соответствующие начальной, средней и заключительной стадиям каждой фазы. Определялось среднестатистическое положение границ высып
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.