научная статья по теме ДНЕВНЫЕ КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИЕ ГЕОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В ВОССТАНОВИТЕЛЬНУЮ ФАЗУ СИЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ БУРИ 15 МАЯ 2005 Г Геофизика

Текст научной статьи на тему «ДНЕВНЫЕ КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИЕ ГЕОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В ВОССТАНОВИТЕЛЬНУЮ ФАЗУ СИЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ БУРИ 15 МАЯ 2005 Г»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 5, с. 616-623

УДК 550.385.47

ДНЕВНЫЕ КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИЕ ГЕОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

В ВОССТАНОВИТЕЛЬНУЮ ФАЗУ СИЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ БУРИ 15 МАЯ 2005 г.

© 2007 г. Н. Г. Клейменова1' 2, О. В. Козырева1

1Институт физики Земли РАН, Москва 2Институт космических исследований РАН, Москва e-mail: kleimen@ifz.ru Поступила в редакцию 31.01.2007 г.

Анализируются интенсивные квазимонохроматические геомагнитные пульсации с периодом ~15 мин, наблюдавшиеся на земной поверхности в околополуденном секторе в начале восстановительной фазы очень сильной (Dstmin = -260 нТл) магнитной бури 15 мая 2005 г. Колебания регистрировались в авроральных широтах только в Х-компоненте поля, а час спустя волновая активность переместилась в послеполуденный сектор полярной шапки, при этом пульсации наблюдались как в Х-, так и в 7-компоненте поля. Источником магнитных колебаний внутри магнитосферы могли быть поверхностные волны на магнитопаузе, вызванные импульсом динамического давления солнечного ветра. Геомагнитные пульсации в полярной шапке, наблюдающиеся синфазно на разных широтах, по-видимому, могли быть отражением квазипериодических вариаций в системе NBZ продольных токов. Такие вариации могут возникать за счет серии импульсных пересоединений в послеполуденном внешнем каспе при больших (~20 нТл) положительных значениях Bz и больших (—40 нТл) отрицательных значениях Bx ММП.

PACS: 94.30.Ms; 94.30Lr

1. ВВЕДЕНИЕ

Восстановительная фаза магнитной бури начинается после достижения Dst-вариации минимальных значений и поворота к северу &-компо-ненты межпланетного магнитного поля (ММП), т.е. с прекращением поступления энергии в магнитосферу Земли из ММП и началом распада кольцевого тока (dDst/dt > 0). Размер магнитосферы постепенно увеличивается, и положение дневной магнитопаузы возвращается к спокойным условиям. При изучении магнитных бурь внимание исследователей в большинстве случаев было направлено на анализ главной фазы бури, во время которой отмечаются наибольшие геомагнитные возмущения и генерация интенсивных всплесков иррегулярных геомагнитных пульсаций типа Pi1, Pi2 и Pi3. Восстановительная фаза бури характеризуется прекращением ночных возмущений и возбуждением в утреннем и дневном секторах магнитосферы геомагнитных пульсаций типа Pc5 [Афанасьева и др., 1977; Afanasieva, 1978; Posch et al., 2003].

Магнитные бури, в главную фазу которых минимальные значения Dst-индекса <-250 нТл, принято называть очень сильными (гигантскими) бурями [Loewe and Prolss, 1997]. Как правило, очень сильные магнитные бури связаны подходом к магнитосфере межпланетного магнитного облака, вызванного корональным выбросом массы (СМЕ). Гео-

эффективность различных магнитных облаков различна, что показано, например, в работе рагги-gia et а1., 1998], поэтому исследование геомагнитных проявлений отдельных гигантских магнитных бурь представляет большой интерес. Развитие геомагнитных возмущений во время таких бурь может происходить нестандартно, поскольку аврораль-ные электроструи резко смещаются в сторону экватора, а полярные сияния могут наблюдаться даже на средних широтах.

Очень сильная магнитная буря (минимальное значение ..^-индекса —260 нТл) произошла 15 мая 2005 г. Буря развивалась по "классическому" сценарию бурь, связанных с межпланетным магнитным облаком, и продолжалась менее суток. Геомагнитные возмущения в главную фазу этой бури широко обсуждались в Интернете на вебсайте первой Международной Виртуальной конференции (ноябрь 2006 г.) по изучению солнечно-земных связей во время очень больших магнитных бурь (http://workshops.jhuap1.edu/s1/index.htm1). Геомагнитные пульсации диапазона 1.5-5.0 мГц в начальную фазу бури 15 мая 2005 г. рассмотрены Козыревой и Клейменовой (2007). Целью данной работы является исследование особенностей геомагнитных пульсаций диапазона Рс5 в восстановительную фазу этой бури.

OMNI 15.02.2005 г.

UT

Рис. 1. Условия в межпланетной среде 15 мая 2005 г.: сверху вниз - .ОзГ-вариация, плотность (Np) и скорость (V) солнечного ветра, Bx-, By- и Bz-компонента ММП по данным 1-мин базы OMNI (зачернены отрицательные значения Bz); нижняя кривая - расчетное (по формулам работы [Сергеев и Цыганенко, 1980]) положение магнитопаузы (R) в подсолнечной точке, выраженное в радиусах Земли (Re).

2. НАБЛЮДЕНИЯ

Вариации ßsf-индекса и межпланетного магнитного поля (ММП, база 1-мин данных OMNI, http//nssdc.gsfc.nasa.gov/omniweb) во время магнитной бури 15 мая 2005 г. приведены на рис. 1. Восстановительная фаза бури началась после поворота Bz ММП к северу в ~09 UT. По данным

спутников LANL (эти данные здесь не приводятся) к этому времени прекратилась инжекция заряженных частиц в магнитосферу. В данной работе будут детально исследованы длиннопериодные геомагнитные пульсации во время ранней (09-11 иТ), восстановительной фазы бури. На рис. 1 приведены оценки возможного положения (Я) магнитопаузы в подсолнечной точке магнитосферы, вычис-

15.05.2005г.

STF (74.9°, 42.8°)

FHB (68.9°, 39.4°)

NAQ (68.1°, 44.0°)

FSM (65.7°, 300.6°)

MCM (64.7°, 306.9°)

MEA (63.5°, 303.2°)

05

07

09 UT

11

13

Рис. 2. Магнитограммы (Х-компонента поля) в утреннем (обе. STF, FHB, NAQ; MLT = UT - 2) и вечернем (обе. FSM, MCM, MEA; MLT = UT - 9) еекторах; еправа в екобках приведены международные коды и геомагнитные координаты обеерваторий.

ленные по формуле R ~ 100 (NV2)-1'6 [Сергеев и Цыганенко, 1980], где N- плотность, а V- скорость солнечного ветра. Эта оценка не является точной, поскольку не учитывает влияние компонент ММП [Kuznetsov and Suvorova, 1998; Shue et al., 1998]. Видно, что после 09 UT граница магнитосферы начала постепенно удаляться от Земли.

Максимум главной фазы бури (по вариациям Of-индекса) отмечался около 09.30 UT. В ~ 09 UT произошла резкая смена знака Bz-компоненты ММП с отрицательного на положительный. В начале восстановительной фазы бури (09-11 UT) значения Bz- и Bj-компонент ММП (рис. 1) были большими положительными (до —+ 30 нТл), а значения Bx ММП - большими отрицательными (—40 нТл). Скорость солнечного ветра составляла около 950 км/с, динамическое давление солнечного ветра упало от 20 нПа (в главную фазу бури) до несколь-

ких нПа, и подсолнечная граница (R) магнитосферы переместилась с расстояния ~7 Re на ~8-10 Re.

На рис. 2 приведены магнитограммы высокоширотных обсерваторий в утреннем, MLT = UT - 2 (три верхних графика - обс. STF, FHB и NAQ) и в вечернем, MLT = UT - 9 (три нижних графика -обс. FSM, MCM и MEA) секторах. Видно, что главную фазу бури (в 06.10-09.20 UT) в вечернем секторе (обс. FSm, MCM, MEA) наблюдались большие геомагнитные возмущения с амплитудой до ~2000 нТл. В утреннем секторе (обс. FHB и NAQ) в 09.10-09.40 UT отмечалась суббуря (с амплитудой до ~600 нТл), сопровождаемая возбуждением геомагнитных пульсаций диапазона Pc5.

На рис. 3 показаны магнитограммы (X- и 7-ком-понент поля) нескольких обсерваторий скандинавского профиля IMAGE, расположенного в об-

Y

NAL (76.1°) LYR (75.1°)

HOR (74.0°)

BJN (71.3°)

SOR (67.2°)

KEV (66.2°)

IVA (64.8°) SOD (63.8°)

OUJ (60.9°) NUR (56.6)

05 07 09 11 13 05 UT

07

09 UT

11

13

Рис. 3. Магнитограммы (Х- и Г-компоненты поля) нескольких обсерваторий скандинавского профиля IMAGE в околополуденном секторе (MLT = UT + 3); справа в скобках показаны международные коды и геомагнитные широты обсерваторий.

суждаемыи интервал времени в околополуденном секторе (геомагнитный полдень в ~09 UT). Из рис. 3 видно, что восстановительная фаза магнит-ноИ бури (09-11 UT) характеризовалась возбуждением геомагнитных пульсациИ с амплитудоИ до 200 нТл, волновая форма и временные вариации которых были подобны в большом интервале геомагнитных широт от ~61° до ~67°. Резкое различие геомагнитных вариациИ (Х-компонента поля) в обс. SOR и BJN позволяет предположить, что граница между замкнутоИ и открытоИ магнито-сфероИ (магнитопауза) располагалась между этими обсерваториями. Квазипериодические пульсации типа Pc5 начались в 09.20 UT после подхода к магнитосфере структурноИ неоднородности в ММП и солнечном ветре. На рис. 1 видно, что около 09 UT кроме смены знака в fe-компоненте ММП (от -10 до +10 нТл) наблюдался небольшоИ положительный (~5 нТл) скачок в Bx и By компонентах ММП, а также в скорости солнечного ветра (от 800 до 1000 км/с). Возбуждение геомагнитных пульсациИ внезапно прекратилось около 11 UT после резкого скачка в Bz (от +30 до +5 нТл) и в Bx ММП (от -30 до -40 нТл), сопровождаемых небольшим коротким (~10 мин) импульсом в плотности солнечного ветра.

АмплитудныИ спектр геомагнитных пульсациИ для двух интервалов (09-10 UT и 10-11 UT) показан на рис. 4. Видно, что в полярноИ шапке (обс. NAL, тонкая линия) в Х-компоненте поля в

интервале 09-10 UT отмечалось два основных максимума - ниже 1 мГц (главный) и около 2 мГц (в 2.5 раза меньший), а в 7-компоненте - наибольший максимум был около 2 мГц. После 10 UT, с окончанием полярного бухтообразного возмущения, в спектре полярных пульсаций (как в X-, так и в 7-компоненте) амплитуда низкочастотного максимума резко увеличилась. При этом амплитуда колебаний в 7-компоненте стала почти в полтора раза больше, чем в X-компоненте.

В авроральной зоне (обс. SOD, IVA, KEV) спектры пульсаций на разных широтах были одинаковыми, кривые на графиках практически сливаются в одну линию. В X-компоненте поля, как в первом, так и во втором интервалах, четко выделялся только один максимум - около 1 мГц, причем в отличие от полярных широт, амплитуда колебаний в первом интервале была выше, чем во втором. В 7-компоненте поля этого максимума во втором интервале практически нет. Таким образом, наиболее интенсивные дневные геомагнитные пульсации в восстановительную фазу бури наблюдались на частоте около 1 мГц, т.е. колебания носили монохроматический характер с периодом ~15 мин. Структура колебаний (соотношение X- и 7-компонент) и их временная динамика в полярной шапке и в замкнутой магнитосфере была различной.

На рис. 5 показаны отфильтрованные в полосе основного спектрального максимума (0.7-1.4 мГц) геомагнитные колебания на нескольких обсерва-

нТл/мГ

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 «Геофизика»