КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2004, том 42, № 6, с. 608-615
УДК 550.385.37
ПРОЯВЛЕНИЯ ВНЕЗАПНОГО НАЧАЛА БОЛЬШОЙ МАГНИТНОЙ БУРИ 20 НОЯБРЯ 2003 г. В ГЕНЕРАЦИИ ИМПУЛЬСА 8С, ПУЛЬСАЦИЙ Р8С И ПРОСТРАНСТВЕННОЙ МОДУЛЯЦИИ ЯРКОСТИ АВРОРАЛЬНОГО СВЕЧЕНИЯ
© 2004 г. Д. Г. Баишев1, Г. В. Борисов1, В. А. Величко1, С. И. Соловьев1, К. Юмото2
1Институт космофизических исследований и аэрономии им. ЮГ. Шафера СО РАН, г. Якутск
2Университет Кюсю, Фукуока, Япония Поступила в редакцию 19.05.2004 г.
Приведены результаты исследования геомагнитного и аврорального отклика до начало магнитной бури 20.XI.2003 г. Установлено, что начало БС привело к уярчению дуги сияний в вечернем секторе в течение ~2-3 мин с продвижением конца дуги на восток со скоростью 10-20 км/с и смещением дуги к полюсу со скоростью ~1.0 км/с. Далее наблюдались кратковременные (~5 мин) броски сияний к полюсу до ~2-4°, посторяющиеся через 5-10 мин в течение ~40 мин, что привело к пространственной модуляции яркости свечения и генерации пульсаций Р8С с подобными периодами колебаний. Расширение сияний к полюсу имело скачкообразный характер - с образованием новых дуг полярнее предыдущих со скоростью ~5 дуг в течение ~1.5 мин. Модуляция яркости свечения и Р8С наблюдались на фоне усиления двухвихревой токовой системы типа БР2 и сопровождались многократными переворотами Вг ММП с юга на север и обратно. Предполагается, что источником Р86 являлась модуляция интенсивности ионосферных токов БР2 в результате вариаций уровня магнитосферной конвекции.
ВВЕДЕНИЕ
Известно [1-3], что при взаимодействии резких неоднородностей солнечного ветра (СВ) с магнитосферой Земли на дневной стороне генерируется внезапный геомагнитный импульс (Б С или Б1), возбуждаются геомагнитные пульсации типа Р8С, а на ночной стороне может начаться магнитосферная суббуря. Пульсации Р8С возбуждаются как в низкочастотной (Т > 10-15 с), так и в высокочастотной области (Т < 1 с) и имеют достаточно большое разнообразие колебаний, как подобных регулярным низкочастотным пульсациям Рс3, Рс4 и Рс5, так и отличающихся от них своей иррегулярной формой. Механизмы возбуждения Р8С остаются до конца не исследованными. Как отмечается в работе [4] остаются до конца не решенными и вопросы, касающиеся причин отклика ночной магнитосферы на резкое сжатие магнитосферы СВ.
В данной статье изучаются свойства Р8С и характеристики возмущений в ночной магнитосфере во время начала экстра-бури в 08.03 ит 20.XI.2003 г. с целью сравнительного анализа особенностей геомагнитного отклика на начало БС, во время другой экстра-бури, начавшейся в 06.11 ИТ 29.Х.2003 г. [4].
1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
Для исследования наземного геомагнитного отклика использовались цифровые данные с раз-
решением 1-20 сек станций проектов CPMN, CANOPUS и Greenland Coastchain. Начало SC на 190° ММ в секторе ~16 MLT и пульсации PSC с T = 5-10 мин сравнивались с пространственно-временными вариациями интенсивности аврорального свечения по данным телевизионных наблюдений сияний в б. Тикси (TIX, Ф' = 65.6°, Л' = 196.9°) на камере всего неба с 4-с разрешением. Магни-тосферный отклик изучался по данным геостационарного спутника GOES-10, находившегося в ночной части хвоста магнитосферы. Временное разрешение данных спутника G0ES-10 составляло ~60 с.
Условия в солнечном ветре анализировались по данным спутника АСЕ (рис. 1) с координатами (Xgse = 240.24 RE, ^GSE = 26.47 RE, ZGSE = -9.23 Re). На рис. 1 приведены вариации By, Bz - компонент ММП, скорости, плотности и динамического давления солнечного ветра (Pd) с 07.00 до 09.00 UT и ^-компоненты магнитного поля на Земле по данным низкоширотной станции Мошири (MSR, Ф' = = 37.6°, Л' = 213.2°), расположенной на ~16-18 MLT меридиане.
2. НАЗЕМНЫЙ ГЕОМАГНИТНЫЙ ОТКЛИК НА ВАРИАЦИИ Pd И ПАРАМЕТРОВ ММП
На рис. 2 (а) и 2 (б) приведены кеограмма аврорального свечения по направлению север-юг и телевизионные кадры сияний на ст. Тикси с 07.30 до 09 UT (~16-17 MLT). Из рис. 2 видно, что начало
20
10
4 Н К
ы 0
cq CQ
-10
-20 0 30
20
10
0 800
700
5
* 600
£
£ 500
400 0
20
jnjv^
о
TU к н о cd
cd
с
к
-Ö
10
0
Cd 0
§ -20
о -40 и
§ -60
* -80 ^-100
By
жл
иА^Л
07.00
07.30
08.00
08.30
09.00
Рис. 1. Вариации параметров солнечного ветра по данным спутника ACE и Я-компоненты низкоширотной станции MSR (Ф' = 37.6°, Л' = 213.2°) во время SC 20.XI.2003 г. с началом в ~08.03 UT.
БС в 08.03 ит привело к уярчению дуги сияний и ее смещению к полюсу в 08.05-08.06 ИТ со скоростью ~1 км/с с последующим кратковременным расширением сияний к полюсу со скоростью ~3.0 км/с до ~08.08 ИТ. Подобные кратковременные броски сияний к полюсу до ~2-3° по меридиану повторялись до ~08.40 ИТ с квазипериодичностью ~5-10 мин, что привело к пространственно-временной модуляции яркости свечения. По данным ТВ кадров сияний (первые 5 кадров) видно, что конец уярчившейся дуги с начала БС распространяется с запада на восток через зенит станции
наблюдения. Оценка скорости распространения дает значения ~10-20 км/с. Последующие серии кадров (вторая и третья строка) иллюстрируют характер расширения сияний к полюсу, с образованием новых дуг севернее предыдущих. Особенно ярко этот эффект образования новых дискретных структур виден в период с 08.13.45 до 08.l5.28 ИТ (четвертая строка). После уярчения дуги в 08.14.15 ИТ вблизи зенита области камеры (второй кадр) наблюдалось последовательное появление новых ~5 дуг к северу от Тикси в течение одной минуты (пятый кадр). Такое развитие сия-
z
610
БАИШЕВ и др.
Рис. 2. Кеограмма аврорального свечения (а) и телевизионные кадры сияний ст. Тикси (TIX, Ф' = 65.6°, Л' = 196.9°) (б).
78 76 74
I72
£ 70 68 66
(а)
0
07.30 07.40 07.50 08.00 08.10 08.20 08.30 08.40 08.50 09.00 UT
08.03.26
(б)
08.04.26 ^ 08.08.55 08.05.17 08.05.30
Ш' • ^ ^
08.06.12
08.06.38
08.06.5
08.07.16
08.07.5
08.08.03
08.14.15
08.14.41
08.15.02
08.15.28
08.13.45 08.13.45
08.18.18 08.21.52 08.23.17 08.23.34 08.24.00
08.18.18 08.21.52 08.23.17 08.23.34 08.24.00
ний к полюсу является типичным в периоды формирования авроральной выпуклости [5]. После вспышки сияний в ~08.18 ИТ произошло формирование N-8 структур, вытянутых вдоль меридиана в течение нескольких десятков секунд (см. последние три кадра в пятой строке) и усиление диффузного свечения по всему небу.
Пространственно-временная модуляция яркости свечения с Т ~ 5-10 мин сопровождалась воз-
буждением геомагнитных пульсаций типа PSC с подобными периодами колебаний и максимальной интенсивностью в Тикси и Чокурдахе (рис. 3 и 4).
На рис. 3 и рис. 4 показаны вариации Я-компо-ненты поля до и после начала SC в вечернем, утреннем секторах на Ф' ~ 65-67° (рис. 3) и в пред-полуночном секторе на широтах от Ф' ~ 61° (PIN) до широт полярной шапки (Ф' ~ 83°) (RE) - рис. 4. По данным рис. 2а и рис. 3 до начала SC в ~07.40 UT
20.XI.2003 г.
07.00 07.30 08.00 08.30 09.00 ИТ
Рис. 3. Вариации Я-компоненты магнитного поля на высоких широтах (Ф' ~ 61-70°). Стрелкой отмечено начало БС.
было зарегистрировано усиление диффузного свечения к северу от Тикси и отмечался рост интенсивности восточной электроструи в вечернем секторе на ст.Тикси, Чокурдах, Зырянка (ZYK) и западной электроструи на о. Котельный (KTN), а в утренние часы наблюдалось усиление западной электроструи (NAQ) - рис. 3. Интенсивность электроструй резко возросла после начала SC в вечерние, утренние часы (рис. 3) и наблюдалось усиление западной электроструи в предполуноч-ном секторе на широтах 61-67° (DAW - рис. 3,
PIN, ISL, GIL - рис. 4) и восточной электроструи на широтах >74° (BL, CB, TAL, RE) - рис. 4. Интенсивность западной электроструи составила по АН < 1000 нТл и как показали вариации вертикальной (Z) компоненты поля расширения западной электроструи к полюсу в предполуночном секторе не превышало 1-2°.
Таким образом, внезапное сжатие магнитосферы солнечным ветром и начало SC, вероятно, привело к усилению DP2 токовой системы (или ее
RE TAL CB BL
ESK GIL ISL
PIN
БАИШЕВ и др. 20.XI.2003 г.
07.50
08.00
08.10 UT
08.20
Ф', град
61 08.30
Рис. 4. Широтные вариации Х-компоненты в предполуночном секторе по данным CANOPUS.
перестройке), о чем ранее сообщалось при анализе других возмущений в [6].
На рис. 5 приведены диаграмма пространственно-временного распределения аврорального свечения в TIX, пульсации PSC в TIX, CHD и ZYK, отфильтрованные записи в диапазоне пульсаций P 2 на станции MSR и вариации компонент ММП и Pd с 08.00 до 08.40 UT. Сравнение PSC в Тикси с вариациями яркости аврорального свечения показывают, что положительные импульсы AH PSC примерно соответствуют по времени появлению "языков" свечения к северу от Тикси, т.е. источником PSC в вечернем секторе являлось усиление (или модуляция) интенсивности восточной электроструи, скорее всего за счет вариаций интенсивности потока высыпающихся частиц и ионосферной проводимости. Пульсации PSC регистрировались также на меридиане ~21 MLT (DAW) (рис. 3), но на фоне усиления западной электроструи. Сравнение отфильтрованных PSC с T ~ 5-10 мин на станциях TIX и DAW показало, что коррелированные пики AH в DAW запаздывали относительно TIX на At ~ 2-3 мин. Пульсации PSC регистрировались, по-видимому, также на спутнике G0ES-10 (рис. 6).
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Таким образом, внезапное сжатие магнитосферы солнечным ветром привело к геомагнитному отклику на ночной стороне Земли, который проявился в усилении двухвихревой токовой системы типа БР2, подобно тому, что наблюдалось в первые пять минут после начала БС 29.IX.2003 г. [4].
В отличии от [4] в данном событии интенсивность электроструй была значительно (в 4-5 раз) меньше и в ночном секторе западная электроструя наблюдалась только до широт ~67° (рис. 4), в то время как 29.Х.2003 г. она достигла широт полярной шапки. Это отличие, возможно, связано с более меньшими скоростями солнечного ветра и величиной Ра 20.XI.2003 г. и отсутствием развития токового клина суббури в течение ~20 мин после БС по сравнению с 29^.2003 г. Особенностью развития магнитной бури 20.XI.2003 г. после начала БС является квазипериодическая прост
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.