ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 5, с. 646-658
УДК 550.388.2,550.344.094.7
ПРОЯВЛЕНИЯ МАГНИТНОЙ БУРИ 7-10 НОЯБРЯ 2004 г. В НИЖНЕЙ ИОНОСФЕРЕ
© 2007 г. С. В. Панасенко, Л. Ф. Черногор
Харьковский национальный университет им. ВН. Каразина, Харьков, Украина e-mail: Leonid.F.Chernorog@univer.kharkov.ua Поступила в редакцию 27.03.2006 г. После доработки 20.09.2006 г.
Приведены и проанализированы результаты магнитометрических наблюдений и радиофизических исследований нижней ионосферы в период сверхсильной геокосмической бури 7-10 ноября 2004 г. Обнаружено увеличение электронной концентрации, а также амплитуд ее апериодических и квазипериодических вариаций при высоком уровне магнитной активности. В отдельные интервалы времени наблюдалась взаимосвязь магнитных пульсаций Pc5-6 с короткопериодными (5-15 мин) волновыми возмущениями электронной концентрации в нижней ионосфере.
PACS: 94.30.Lr; 94.20.Ee
1. ВВЕДЕНИЕ
Геокосмические бури (ГБ) относятся к высокоэнергичным явлениям в системе Земля-атмосфера-ионосфера-магнитосфера (ЗАИМ) и приводят к значительным вариациям космической погоды. Источником ГБ являются нестационарные процессы на Солнце, такие как солнечные вспышки (СВ) и выбросы корональной массы (ВКМ), вызывающие резкое повышение концентрации, давления, скорости и температуры частиц солнечного ветра. При этом генерируются ударные волны, высокоэнергетические потоки и магнитные облака. Их столкновение с магнитосферой Земли в большинстве случаев инициирует возникновение сильных возмущений в геокосмосе. ГБ представляют собой целый комплекс процессов в системе ЗАИМ, проявляющихся в различной степени во всех ее подсистемах. Основными процессами являются следующие: изменение вектора геомагнитной индукции и усиление геомагнитных колебаний (магнитная буря); нагрев заряженных частиц, изменение концентрации заряженных частиц, скорости протекания химических реакций и ионного состава ионосферы (ионосферная буря); нагрев нейтральных частиц, возмущение общей динамики атмосферы, усиление волновых возмущений (атмосферная буря); вариации магнитосферно-ионосферно-атмосфер-ного электрического поля (электрическая буря).
Сильная зависимость параметров ГБ не только от энергии нестационарных процессов на Солнце, но и от предшествующего ей состояния системы ЗАИМ в целом приводит к уникальности каждой ГБ. Это в значительной степени затрудняет прогнозирование геокосмической обстановки, а также создание адекватных долговременных моде-
лей процессов в геокосмосе. Поэтому в настоящее время основное внимание уделяется комплексному изучению каждой ГБ с использованием большого числа методов наблюдения и совместному анализу полученных экспериментальных данных.
Исследованию проявлений ГБ в ионосфере посвящено значительное число работ (см., например, обзорные работы [Fuller-Rower et al., 1994; Rees, 1995; Shink and Sojka, 1996; Buonsanto, 1999; Yermolaev et al., 2005]). В большинстве из них анализировались процессы в средней и верхней ионосфере (выше 100 км) [Field and Rishbeth, 1997; Григоренко и др., 2003; 2005], что позволило сравнительно хорошо понять особенности протекания ионосферных бурь на этих высотах. Эффекты в нижней ионосфере (50-90 км) во время бурь, за исключением полярных областей, изучены достаточно слабо. Это вызвано нерегулярностью и эпизодичностью прямых измерений, выполненных с помощью ракетных методов, и большими трудностями при использовании косвенных дистанционных методов особенно при исследовании среднеширотной нижней ионосферы в ночное время и на высотах 50-60 км. Необходимость исследования данной ионосферной области вызвана различиями в проявлениях ГБ в нижней и верхней ионосфере, обусловленными разными физико-химическими процессами [Danilov and Lastovicka, 2001].
Целью настоящей работы является исследование и анализ вариаций параметров нижней ионосферы во время сверхсильной ГБ 7-10 ноября 2004 г., полученных при помощи радарного метода частичных отражений, а также сопоставление данных результатов с результатами магнитометрических измерений за тот же период времени.
2. СРЕДСТВА И МЕТОДИКИ
РАДИОФИЗИЧЕСКИХ И МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ
Изучение отклика нижней ионосферы на геокосмическую бурю проводилось при помощи радара частичных отражений (ЧО), расположенного в Радиофизической обсерватории Харьковского национального университета им. В.Н. Каразина. Технические характеристики радара и режимы его работы более подробно описаны в работах [Гармаш и др., 1999]. Здесь отметим, что зондирование ^-области ионосферы производилось радиоимпульсами длительностью 25 мкс с частотой заполнения /0 = 2.2-2.4 МГц и частотой повторения ^ = 10 Гц. В эксперименте регистрировались огибающие обыкновенной и необыкновенной компонент рассеянных неоднородностями радиосигналов и радиопомех. Измерения проводились непрерывно с 12:30 8 ноября до 14:30 13 ноября 2004 г. Электронная концентрация определялась при помощи методики дифференциального поглощения. Для исследования параметров волновых возмущений (ВВ) использовались активный и пассивный методы, описанные в работе [Пана-сенко и Черногор, 2005].
Регистрация флуктуаций уровня Н- и ^-компо-нент геомагнитного поля осуществлялась при помощи высокочувствительного магнитометра-флюкс-метра. Он входит в состав программно-аппаратного комплекса вместе с индукционным датчиком, устройством регистрации, СНЧ-генератором и блоком бесперебойного питания. Магнитометр позволяет регистрировать сигналы с периодами Т = 1-1000 ^ Его чувствительность определяется внутренними шумами и составляет не менее 0.5, 5 и 50 нТл при Т = 1, 10 и 100 с соответственно. Более подробно технические характеристики магнитометра описаны в работе [Гармаш и др., 2003]. Магнитометрические наблюдения с частотой дискретизации 2 Гц проводились непрерывно в течение 3-13 ноября 2004 г. Первичные данные в относительных единицах подвергались преобразованию Фурье на интервале времени 24 ч и их значения переводились в нанотеслы с учетом амплитудно-частотной характеристики магнитометра. Далее путем цифровой режекторной фильтрации выделялись колебания с периодами Т = 11000 c и Т = 120-1000 с. Полученные массивы данных подвергались обратному преобразованию Фурье и использовались для дальнейшего анализа. Значения средних квадратичных отклонений сН и а0 определялись при помощи статистической обработки флуктуаций уровня Н- и ^-составляю-щих на интервале времени At = 2.5 мин.
3. ПРОЦЕССЫ В СИСТЕМЕ СОЛНЦЕ-МЕЖПЛАНЕТНАЯ СРЕДА-ГЕОКОСМОС
Результаты спутниковых и наземных наблюдений событий в системе Солнце - межпланетная среда - Земля во время протекания рассматриваемой ГБ, в предшествующий и последующий периоды времени доступны в ИНТЕРНЕТ (http:// www.sec.noaa.gov/weekly), а также подробно описаны в работе [Ермолаев и др., 2005]. Далее мы остановимся лишь на нескольких важных явлениях и процессах, существенных для данной работы.
3.1. Процессы на Солнце
Сверхсильной ГБ предшествовали высоко-энергетичные процессы на Солнце в области 696 (N09, L = 026). За время ее вращения были зарегистрированы ряд оптических и рентгеновских вспышек, из которых 13 класса М и 2 класса X, а также большое число крупных ВКМ.
Возникновению трех импульсов внезапного начала (ВН), зарегистрированных в обс. Боулдер (США), 7 ноября в 02:58 (здесь и далее время в UT), 11:13 и 18:31, а также последовавших за ними сильных геомагнитных возмущений, вероятно, способствовал ряд мощных СВ, сопровождавшихся крупными ВКМ. Они имели место 3 ноября у 15:47, 4 ноября в 09:05 и в конце этого дня, а также в начале 6 ноября.
СВ 7 ноября в 15:42 в сопровождавшие ее ВКМ, по-видимому, стали причиной ВН, зарегистрированного 9 ноября в 18:52. Определенный вклад в развитие ГБ внесли СВ, наблюдавшиеся 8 ноября в 03:30 и 15:43 соответственно.
В следующий период вспышечной активности, начавшийся 9 ноября, произошли две большие СВ 9 ноября в 17:19 и 10 ноября в 02:13 соответственно. Данные события не были геоэффективными и не вызвали значительных возмущений в фазу восстановления описываемой ГБ. Активность области 696 к 11 ноября существенно снизилась.
3.2. Состояние космической погоды
Общие сведения. Результаты наблюдений параметров межпланетной среды в период времени с 3 по 13 ноября представлены на рис. 1. В период времени с 3 по 6 ноября наблюдались плавные и незначительные вариации параметров солнечного ветра.
Первая ударная волна в солнечном ветре была зарегистрирована спутников АСЕ 7 ноября в 02:00. В это время наблюдалось резкое увеличение nSW (с 2.6 до 8.7 см-3), VSW (с 323 до 366 км/с) в TSW (с 4.4 х 104 до 5.8 х 104 K), сопровождающееся увеличением Bt с 3.8 до 7.2 нТл и кратковремен-
2
о £
£
1П
О
20
0 800 600 400
12 6 0
40
н
я
0
ОС)
ОС) -40
а О т 107
106
105
з 104
С
а (О 109
т
1 с 107
105
С
9
6
3
_|_I__I_I_I_I_I_1_
0
ч 0
н
х
Ё -200 -400
их
Ш
шь
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12 13 ит, сут
Рис. 1. Геокосмическая обстановка 3-13 ноября 2004 г.
ным появлением (в течение часа) отрицательного концентрации, скорости и температуры частиц
значения Bz, составившего -4.5 нТл. солнечного ветра до 27.4 см-3, 414 км/с и 7.9 х 104 К
Вторая ударная волна имела место в этот же соответственно. Далее nsw возросла до макси-
день в 10:00. Наблюдалось резкое повышение мального значения 41.8 см-3, после чего в течение
5 ч значительно уменьшилась до 12.5 см-3. Значения ¥ш и к 17:00 плавно увеличились до 501 км/с и 4.3 х 105 К. В 14:00 Бг приняла отрицательное значение -10.8 НТл. Индекс стал положительным в 04:00, в 12:00 он существенно увеличился с 15 до 42 нТл, а в 13:00 его максимальное положительное значение составило 47 нТл. С 09:00 началось возрастание индекса Кр и увеличение плотностей потоков протонов и электронов (см. рис. 1).
Существенные возмущения в геокосмосе продолжились после ударной волны, наблюдавшейся 7 ноября в 17:55. Ей сопутствовали повышение до 28.5 см-3, до 652 км/с и Тш до 9.4 х 105 К. Затем последовало уменьшение концентрации протонов, которая имела локальные максимумы 7 ноября в 22:00 (пш
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.