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.