научная статья по теме ВОЗБУЖДЕНИЕ РАЗНЫХ ТИПОВ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ ВО ВРЕМЯ ВНЕЗАПНОГО ИМПУЛЬСА Космические исследования

Текст научной статьи на тему «ВОЗБУЖДЕНИЕ РАЗНЫХ ТИПОВ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ ВО ВРЕМЯ ВНЕЗАПНОГО ИМПУЛЬСА»

КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2015, том 53, № 4, с. 275-285

УДК 550.385.37

ВОЗБУЖДЕНИЕ РАЗНЫХ ТИПОВ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ ВО ВРЕМЯ ВНЕЗАПНОГО ИМПУЛЬСА

© 2015 г. А. В. Моисеев1, В. И. Попов2, В. А. Муллаяров1, 2, С. Н. Самсонов1,

А. Ду3, А. И. Иошикава4

Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН, г. Якутск 2Северо-восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, г. Якутск 3Институт геологии и геофизики КАН, г. Пекин, Китай 4Международный научно-образовательный центр изучения космической погоды, Университет Кюсю, Фукуока, Япония moiseyev@ikfia.ysn.ru Поступила в редакцию 13.01.2014 г.

По данным наземных и спутниковых наблюдений проведен анализ пространственно-временных характеристик геомагнитных пульсаций во время внезапного импульса 4.УШ.2010 г. В работе показано, что в это время наблюдались два типа геомагнитных пульсаций, отличающихся друг от друга как размером области локализации в пространстве, частотой колебаний, так и механизмами генерации. Обнаружено, что геомагнитные пульсации с неизменной частотой колебаний ~4.5 мГц на разных широтах наблюдались с максимальной амплитудой в вечернем секторе. Колебания с близкой частотой регистрировались в солнечном ветре в ^-компоненте ММП. На утренней стороне регистрировались более высокочастотные пульсации с частотами 7—10 мГц, зависящими от широты. Предполагается, что геомагнитные пульсации с частотой ~4.5 мГц были обусловлены колебаниями, проникающими из межпланетной среды, а более высокочастотные пульсации являлись альвенов-скими резонансными колебаниями, возбуждаемыми при сжатии магнитосферы. Ассиметричное распределение амплитуды колебаний относительно полудня обусловлено ортоспиральной ориентацией ММП в данном событии.

DOI: 10.7868/S0023420615040056

1. ВВЕДЕНИЕ

Внезапные геомагнитные импульсы (SI), обусловленные взаимодействием неоднородностей в солнечном ветре (СВ) с магнитосферой Земли, часто сопровождаются генерацией геомагнитных пульсаций в диапазоне 1—1000 мГц, получивших обозначение Psi [1, 2]. В работе [3] при исследовании характеристик длиннопериодных пульсаций возбуждаемых на разных фазах магнитной бури была обнаружена зависимость амплитуды пульсаций от величины изменения геомагнитного поля.

В большинстве событий SI период Psi пульсаций зависит от геомагнитной широты, отражая резонансный характер взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой. Геомагнитные пульсации могут не только генерироваться на границе и внутри магнитосферы, но и проникать в магнитосферу из СВ. В работе [4] при исследовании связи появления Рс5 пульсаций в средних широтах с величиной и ориентацией ММП было высказано предположение о формировании Рс5 за пределами магнитосферы.

В работе [5] при анализе ряда событий геомагнитных пульсаций, вызванных вариациями дина-

мического давления СВ (Pd), было обнаружено, что дискретные частоты внутримагнитосферных резонансов 1.3, 1.9, 2.6 и 3.4 мГц могут наблюдаться и в вариациях плотности СВ. В работе [6] рассмотрено событие возбуждения длиннопериод-ных геомагнитных пульсаций в начальную фазу магнитной бури. Авторы предположили, что данные пульсации являлись результатом возбуждения волны глобальной моды (cavity mode) за счет проникновения гидромагнитных волн сжатия из межпланетной среды.

В данной работе рассматриваются Psi в диапазоне Pc4—5 пульсаций 4.VIII.2010 г. во время которых в межпланетной среде кроме резкого фронта неоднородности СВ регистрировались осцилляции c частотой колебаний близкой частоте Psi. Нами рассмотрен достаточно редкий случай, когда во время исследуемого события имелись данные одновременных наблюдений нескольких удачно расположенных спутников. На основе синхронных спутниковых и наземных наблюдений исследованы пространственно-временные характеристики пульсаций для выяснения причин их генерации.

10

и п

е^ 0

10

15

15

(а)

12G 13

(б) 12

•ThA

'the

10

50 X(Re)

10

06

24 MLT

5

Рис. 1. Карты расположения спутников и наземных станций для события 4.УШ.2010 г. в 10.20 иТ.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

Для исследования характеристик пульсаций использованы геомагнитные наблюдения следующих проектов: CPMN (http://denji102.geo.kyushu-u.ac.jp/ denji/obs/cpmn/cpmn.acgi), THEMIS (http://themis. ssl.berkeley.edu/gmag_desc.shtml), IMAGE (http:// www.geo.fmi.fi/image/index.html), Greenland coast chain (www.space.dtu.dk/MagneticGroundStations. aspx), а также данные наблюдений на спутниках WIND (http://wind.nasa.gov/), GOES (http:// www.goes.noaa.gov/), Cluster (http://www.esa.int/) и THEMIS (http://themis.ssl.berkeley.edu). В работе также использовались данные наблюдений ОНЧ-излучения и риометрического поглощения на Якутской меридиональной цепочке станций. Наблюдения риометрического поглощения проводились на станциях Тикси (TIX) и Маймага (MAM). Обе станции были оснащены стандартными риометрами, настроенными на частоту 32 МГц. В качестве антенной системы использовалась пятиэлементная антенна типа "волновой канал", направленная на "полюс мира". Риометриче-ские наблюдения были представлены данными с частотой опроса 1 Гц. ОНЧ наблюдения осуществлялись на станции Ойбенкель (OIB) с помощью многоканального ОНЧ регистратора в диапазоне частот 0.47—9.8 кГц. Поканальная запись огибающей сигналов производилась с частотой 1 Гц. На рис. 1 приведены карты расположения используемых спутников в системе координат GSM (рис. 1а) и наземных станций в геомагнитной системе координат (рис. 1б). Ко-

ординаты спутников и наземных станций приведены в табл. 1 и 2 соответственно.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ

Пульсации Psi в данном событии наблюдались сразу после 81 в 10.18 иТ 4.УШ.2010 г. на следующий день после умеренной магнитной бури с внезапным началом (8С) в 17.50 иТ 3.УШ.2010 г. (показано стрелками на рис. 2а, иллюстрирующем вариации symH-индекса).

На рис. 2б показаны вариации ^-компоненты геомагнитного поля по данным высокоширотных станций 4.УШ.2010 г. Из рисунка видно, что в 10.18—10.40 иТ на авроральных и субавроральных широтах в разных временных секторах регистрировались пульсации с периодом 3—4 мин. На широтах Ф' = 69°—73° пульсации заметны в Э-компо-ненте на станциях ОНБ и БЖ в секторах 8 и 13.5 МЬТ соответственно (показано штриховой линией). Максимальная амплитуда пульсаций ~120 нТл наблюдалась в авроральной зоне в секторе 18.30 МЕТ Длительность наземных пульсаций составляла 20—22 мин.

Для исследования динамики частоты и амплитуды Psi по широте и долготе были рассчитаны частотные спектры по данным ряда станций, приведенных на рис. 2б в интервале 10.18—10.40 иТ. Поскольку ряды данных не подвергались предварительной фильтрации, то спектры показаны начиная с частоты 3 мГц, чтобы исключить из рассмотрения более низкочастотные вариации,

ВОЗБУЖДЕНИЕ РАЗНЫХ ТИПОВ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИИ 60_ 3-4.VIII.2010 г (а)

ч 60

Н 20

я 0

16.00

3 7

сл

6

6 6

3 6

20.00 0MLT

08.00

00 in

-125 нТл/дел GHB D-комп 250 нТл/дел — остальные

DED

200 нТл/дел _1_

100 нТл/дел

12.00 UT

(б)

19.5

23 _1_

MCGR J_I

10.15 10.20 10.25 10.30 10.35 10.40 10.15 10.20 10.25 10.30 10.35 10.40

UT

Рис. 2. Вариации symH-индекса и вариации Д-компоненты геомагнитного поля. Приведено MLT станций в 10.30 UT.

связанные со сжатием магнитосферы. Из рис. 3 видно, что спектр пульсаций имеет хорошо выраженный максимум на частоте ~4.5 мГц, амплитуда которого уменьшается с геомагнитной широтой. На широтах Ф' = 63°—66° в секторе 05.00 МЕГ наблюдается еще один широкий максимум в полосе частот 6.8—7.7 мГц. Следует отметить асим-

метричное распределение амплитуды пульсаций относительно полуденного меридиана (рис. 2б, 3) с максимумом в секторе 18.00—18.30 МЕГ Таким образом, спектры наземных пульсаций показывают наличие двух максимумов на частотах 4.5 и 6.8—7.7 мГц с максимальными амплитудами в вечернем и утреннем секторах соответственно.

Таблица 1. Координаты спутников в 10.20 UT

Спутник Расстояние

^GSM (^Е)

WIND 205.03 -62.79 15.57

GOES 12 0.33 -6.52 1.03

GOES 13 -1.21 -6.32 1.53

Cluster 2 -0.28 -4.01 2.16

Cluster 3 0.64 -3.47 1.44

Cluster 4 0.27 -4.32 1.43

THEMIS E -3.16 2.78 0.66

THEMISA -2.86 1.98 1.01

Таблица 2. Координаты магнитных (геофизических) станций

Станция Код станции Географические Геомагнитные Полночь

широта долгота широта долгота MLT по UT

Ф' = 69°—73°

Inuvik INUV 68.413 226.230 71.23 275.09 10:17

Rankin Inlet RAN 62.82 267.89 73.11 333.82 06:24

Cape Dorset CDRT 64.2 283.4 73.5 1.7 04:55

Godthaab GHB 64.17 308.27 69.52 37.32 02:31

Bear Island BJN 74.50 19.20 71.29 109.18 21:08

Dead Horse DED 70.40 211.19 70.40 258.22 11:37

Ф' = 63°-66°

The Pas TPAS 53.994 259.059 63.27 323.80 07:05

Sanikiluaq SNKQ 56.536 280.769 66.45 356.99 05:12

Nain NAIN 56.4 298.3 64.65 22.08 03:40

Narsarsuaq NAQ 61.16 314.56 66.31 43.91 02:06

Donna DON 66.11 12.50 63.38 95.23 21:59

Pello PEL 66.90 24.08 63.55 104.92 21:18

Tixie TIX 71.6 128.9 65.69 196.98 16:04

Chokurdakh CHD 70.6 147.9 64.68 212.18 15:09

Kiana KIAN 66.971 199.562 65.13 253.47 12:02

Ф' = 58°—61°

Petersburg PTRS 56.8 226.8 59.96 282.37 09:43

Pinawa PINA 50.20 263.96 60.72 330.04 06:37

Goose Bay GBAY 53.3 299.6 61.7 383.3 03:36

Solund SOL 61.08 4.84 58.53 86.26 22:33

Oulujarvi OUJ 64.52 27.23 60.99 106.14 21:05

Zhigansk ZGN 66.8 123.4 61.1 191.8 16:13

Zyryanka ZYK 65.8 150.8 59.6 216.7 14:51

Mcgrath MCGR 62.953 204.404 61.72 259.84 11:32

Ф' = 54°—57°

Hot Springs HOTS 47.61 245.33 54.62 307.19 08:07

Worthington WRTH 43.6 264.4 53.97 331.89 06:35

Shawano SWNO 44.82 271.3 55.34 342.46 06:00

Karmoy KAR 59.21 5.24 56.43 85.67 23:17

Brorfelde BFE 55.63 11.67 51.86 89.13 22:18

Nurmijarvi NUR 60.50 24.65 56.89 102.18 21:27

Yakutsk YAK 62 129.6 56.4 199.2 15:50

Maimaga MAM 63 129.7 57.5 200.0 15:51

Oibenkel OIB 61.93 129.37 56.23 200.58 15:51

я

1-ч

Í

5 • 105 4 • 105

3 • 105 2 • 105 1 • 105

0

8 • 105

6 • 105

4 • 105 2 • 105

0

Ф' = 69°—73° MLT ----5.5

3 • 105

2 • 105

1 105 - \

5 • 104 -X 4

- 0 \j

(г)

3 • 10

2 • 10

1 • 104

(в)

Ф' = 58°-61°

4

13.5

18

19.5

Ф'

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Космические исследования»