ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 6, с. 831-847
УДК 523.62-726
СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫЕ БУРИ ОКТЯБРЯ 2003 г. 2. ПЯТНФАЗНАЯ ДИНАМИКА БУРИ 28-30 ОКТЯБРЯ
© 2007 г. К. Г. Иванов, А. Ф. Харшиладзе
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова
РАН, Троицк (Московская обл.) e-mail: kivanov@izmiran.troitsk.ru Поступила в редакцию 20.03.2007 г.
На примере бури октября 2003 г. формулируется положение о пяти фазах солнечно-гелиосферной бури. Первая - медленные (между оборотами Солнца) конвергентные движения фотосферных источников крупномасштабных открытых полей Солнца (КОП) с генерацией активных областей (АО) между ними. Вторая - накачка магнитной энергии с подстройкой нулевых линий фотосферно-го магнитного поля в AO к конфигурации секторных (субсекторных) границ КОП. Третья - дестабилизация АО с упорядочиванием комплекса спорадических явлений около взаимно параллельных нулевой линии АО и фрагментов ближайшей границы КОП. Четвертая - распространение возмущений в околосолнечном пространстве с упорядочиванием относительно границ КОП. Пятая - распространение коронального выброса массы (СМЕ) во внутренней гелиосфере при параллельности аксиальной оси магнитного облака в СМЕ границе КОП и нулевой линии в АО. Для обоснования этой динамики применительно к буре 28-30 октября используются оригинальные результаты моделирования КОП и ряд существенных результатов известных углубленных исследований отдельных сторон этой бури. Приводятся конкретные содержания и особенности каждой фазы этой бури. Особенностью первой фазы, предопределившей пространственно-временные масштабы и интенсивностью бури, было смещение от северного полюса к югу всего отрицательного магнитного потока КОП (~5 х 1022 мкс) с обтеканием среднеширотного препятствия и зональными конвергентными движениями КОП. Подтверждено предположение о подстройке конфигурации АО (вторая фаза) и упорядочивании возмущений (третья-пятая фазы) в этой буре около субсекторной границы между КОП одинаковой полярности. Отмечается почти одновременное возникновение импульсной фазы вспышки в АО 0486, корональных волн и диммингов вдоль субсекторной границы и юго-западной "перемычки" КОП, соединявшей АО 0486 и 0484 (наложение 3-й и 4-й фаз). Подтверждается двух-компонентная структура возмущения: СМЕ типа - гало с осью вдоль субсекторной границы КОП и яркий локальный выброс магнитоплазмы из области над юго-западной "перемычкой" КОП.
PACS: 94.30.Lr
1. ВВЕДЕНИЕ
Все более актуальными становятся исследования Солнца, межпланетной среды и околоземного пространства как единой физической системы. В известных программах "Living with a Star" и "International Heliospheric Year" такие исследования рассматриваются как приоритетные, способствующие решению стратегических задач создания детальной и точной физической картины солнеч-но-межпланетно-магнитосферных связей и решения прикладных проблем [Guhathakurta, 2006].
Естественным путем достижения этих целей является разработка феноменологических и полуфеноменологических моделей выдающихся солнечно-земных бурь, упорядочивающих весь комплекс экспериментальных данных от конвективной зоны Солнца до Земли и учитывающих существенное своеобразие каждой отдельной бури. Такой подход был реализован применительно к бурям 10 января 1997 г. [Ivanov et al., 2003], 15 мая 1997 г.
[Ivanov et а1., 2003а], 15 июля 2000 г. [Иванов и Харшиладзе, 2004; Иванов, 2004, 2004а; Иванов и др., 2005]. Положено начало аналогичных подходов к исследованию бурь октября-ноября 2003 г. [Иванов и др., 2005а, 2006] и августа 2005 г. [Иванов и Харшиладзе, 2007].
Одним из результатов этих исследований стала разработка феноменологической модели солнечно-земной бури [Иванов и др., 2005; Иванов, 2006], солнечно-межпланетная часть которой состоит из следующих пяти фаз: 1. Конвергентные движения (столкновения) фотосферных источников крупномасштабных открытых полей (КОП) Солнца и генерация комплексов активности в пространстве между ними. 2. Накачка магнитной энергии в активные области этих комплексов с "подстройкой" конфигурации нулевых линий этих областей к конфигурации секторных (субсекторных) границ крупномасштабного поля. 3. Дестабилизация комплексов активности с упорядочи-
ванием спорадических явлений как около нейтральных линий в АО так и около ближайших фрагментов границ крупномасштабного поля. 4. Быстрое распространение возмущения вдоль секторных (субсекторных) границ по диску Солнца и околосолнечному пространству. 5. "Автомодельное", с сохранением первоначальной геометрической формы, распространение МГД-возму-щения от Солнца к орбите Земли.
В первоначальном своем виде эта модель с выделением трех последних фаз возникла при систематизации результатов по солнечно-земной экстрабури 15 июля 2000 г. [Иванов и др., 2005] и далее, без формального введения двух первых фаз, в докладе [Иванов, 2006]. Целью данной статьи является исследование возможности применения этой модели к солнечно-земной экстрабуре 28-30 октября 2003 г.
Как указано выше, систематизация результатов по этой буре начата нами в статье Иванова и др. [2005]. В частности, было показано: 1) что началом бури были конвергентные движения крупномасштабных открытых полей одинаковой полярности, сопровождавшиеся генерацией чрезвычайно мощных групп пятен в NOAA АО 100486 и 100488 (пункт 1 указанной выше модели); 2) что ось околоземного облака была квазипараллельна субсекторной границе, вблизи которой возникли и дестабилизировались АО 0486 и 0488 (пункт 5 модели).
В данной статье систематизация в рамках указанной модели будет продолжена с использованием недавних результатов ряда углубленных исследований этой бури на Солнце [Борисевич и др., 2004; Дворников и др., 2004; Еселевич и Еселевич, 2004; Черток и Гречнев, 2005; Gopalswamy et al., 2005; Grechnev et al., 2005; Wang, 2005; Wang et al., 2005; Yurchyshyn et al., 2005], в межпланетной среде вблизи Земли [Dmitriev et al., 2005; Farrugia et al., 2005; Hu et al., 2005; Jackson et al., 2005; Terasawa et al., 2005]. Кроме того, будут приняты во внимание обзоры основных результатов наблюдения этой бури [Веселовский и др., 2004; Gopalswamy et al., 2005a] и результаты МГД-модели-рования распространения возмущения от Солнца до Земли [Wu et al., 2005].
Ниже, в разделе 2 последовательно рассматриваются указанные выше пять фаз этой бури.
2. ПЯТЬ ФАЗ СОЛНЕЧНО-ЗЕМНОЙ БУРИ 28-30 ОКТЯБРЯ 2003 г.
2.1. Первая фаза: конвергентные движения крупномасштабных открытых полей
и возникновение активных областей NOAA 100486 и 100488
Эта фаза получила довольно подробное описание в предыдущей статье [Иванов и др., 2005а].
Было показано, что между 1 и 28 октября 2003 г. крупномасштабные открытые поля (КОП) совершали конвергентные движения, и к концу срока в пространстве между ними одна из групп, АО. 0470(0486), достигла необычайно высоких значений в площади и числе пятен, а другая (АО 0488) -возникла и быстро развивалась. Таким образом, имели место явления, указанные в заголовке подраздела, составляющие содержание первой фазы солнечно-земной бури. Эти явления отражают установленную ранее общую закономерность связи крупномасштабных магнитных полей с активными областями [Mcintosh and Wilson, 1985; Иванов и др., 2001]. Новым элементом этой закономерности было то, что впервые она четко идентифицирована при конвергентных движениях крупномасштабных полей одинаковой полярности.
Смысл продолжения исследования этой фазы в данной статье состоит в уточнении структуры, конфигурации, динамики и интенсивности КОП. Это стало возможным после недавней следующей модификации разрабатываемого нами пакета программ моделирования магнитных полей Солнца (ISOPAK).
Очертим компактную область D открытых силовых линий на фотосфере прямоугольником вида:
P = { 9min < ф < Фmax, Vin < ^ < Vaxb где ф, ^ - ге-
лиографические координаты. Сделаем это так, чтобы в прямоугольник P не попал нижний конец ни одной открытой силовой линии, кроме тех, которые относятся к области D. Прямоугольник P разобьем на сетку маленьких прямоугольничков (квадратиков) Pij размером 2 х 2°, 0 < = I< = n, 0 < = =j < = m, всего n*m квадратиков. Над прямоугольником P на поверхности источника зададим любую достаточно густую сеть точек, и из каждой точки этой сети выпустим вниз силовую линию до пересечения с фотосферой. Обозначим через E множество нижних концов этих силовых линий. Множество E точек пересечения с фотосферой этих силовых линий принадлежит области открытых силовых линий D (так как силовые линии, исходящие из поверхности источника, могут быть только открытыми). При этом сеть точек на поверхности источника должна быть настолько густа, что в каждый маленький квадратик Pij, пересекающий область D, попадает хотя бы одна точка из множества E. В квадратики, не пересекающие область D, не попадает ни одна открытая силовая линия, так как эти квадратики полностью лежат вне области открытых силовых линий. Поток магнитного поля через трубку открытых силовых линий вычисляется следующим образом. Поток магнитного поля Фу через квадратик Pij, в который попала хотя бы одна точка множества E, равен (с допустимой погрешностью) площади этого квадратика, умноженной на среднюю вели-
Таблица 1. Потоки (Ф) крупномасштабного магнитного поля Солнца в трех последовательных оборотах и в пределах гелиокоординат
Обороты Ф1 Ф2 Ф3 Ф4 Ф5
1 октября 17.1 20 11.4 48.2 0
28 октября 29.3 26.2 4.4 60.2 13.4
24 ноября 29.9 24.8 4.1 59.8 9.4
Примечания. 1 - ф = -30-70°, X = 120-185°; 2 - -30-70°, 185°-240°; 3 - 70-90°, 0-360°; 4 - суммарный; 5 - -30-10°, 185-240° (в "перемычке") (в единицах 1021 Мкс).
Таблица 2. Координаты центров (Ф, Л), площади ф) и числа пятен (п) в АО 470 —► 486 —» 506 и 488 —► 507 в трех последовательных оборотах
Обороты 1(2) октября 28 октября 24 ноября 1 октября 28 октября 24 октября
NOAA 470 486 506 нет 488 507
Ф,град 14S 18S 23S - 8N 9N
Л, град 8E 7E 3W - 1W 3W
S, 10-6 ед. 0(30) 2240 10 - 580 890
N 0(8) 78 3 - 76 13
чину нормальной компоненты магнитного поля в точках множества E, лежащих внутри квадратика Pij. Поток маг
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.