научная статья по теме ГЕОМАГНИТНЫЕ ПУЛЬСАЦИИ И МАГНИТНЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ В НАЧАЛЬНУЮ ФАЗУ СИЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ БУРИ 15 МАЯ 2005 Г Геофизика

Текст научной статьи на тему «ГЕОМАГНИТНЫЕ ПУЛЬСАЦИИ И МАГНИТНЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ В НАЧАЛЬНУЮ ФАЗУ СИЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ БУРИ 15 МАЯ 2005 Г»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 4, с. 501-511

УДК 550.385.47

ГЕОМАГНИТНЫЕ ПУЛЬСАЦИИ И МАГНИТНЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ В НАЧАЛЬНУЮ ФАЗУ СИЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ БУРИ 15 МАЯ 2005 г.

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

1Институт физики Земли, РАН, Москва 2Институт космических исследований РАН, Москва e-mail: kozyreva@ifz.ru Поступила в редакцию 30.11.2006 г.

Очень сильная магнитная буря 15 мая 2005 г. была вызвана подходом к орбите Земли межпланетного магнитного облака, передний фронт (sheath) которого характеризовался большой плотностью (~25-30 см-3) и скоростью (~850 км/с) солнечного ветра и сильными вариациями (до ±20 нТл) межпланетного магнитного поля (ММП). Показано, что в начальную фазу этой бури наблюдалось нетипичное геомагнитное бухтообразное возмущение в большой долготной области высоких широт: от вечернего до утреннего сектора местного геомагнитного времени. Магнитная бухта, увеличиваясь по амплитуде, быстро распространялась на широты полярной шапки вплоть до геомагнитного полюса. Анализ глобальной пространственно-временной динамики геомагнитных пульсаций в диапазоне частот 1-6 мГц показал, что наиболее интенсивные колебания наблюдались в утреннем секторе в области расположения эквивалентного ионосферного тока, на широтах порядка 72-76°. Вей-влет структура магнитных пульсаций в полярной шапке и флюктуаций в ММП в общих чертах была подобной с максимумом на частотах ниже 4 мГц. Это может свидетельствовать о прямом проникновении волн в полярную шапку из солнечного ветра.

PACS: 94.30Lr; 94.30.Ms

1. ВВЕДЕНИЕ

Несмотря на большой прогресс в изучении геомагнитных возмущений и волновой активности во время экстремально больших магнитных бурь (так называемых "супербурь"), многие особенности наземных эффектов таких бурь остаются невыясненными. Это происходит, прежде всего, потому, что, "супербури" вызываются экстремальным сочетанием параметров солнечного ветра и ММП и, как правило, развиваются по нестандартному сценарию. Каждая такая буря является уникальным явлением. Отдельные необычные проявления главной и восстановительной фаз супербурь 2003 г. обсуждались на международных конференциях (Москва, июль 2004 г., Ереван, сентябрь 2005 г.) и опубликованы в Трудах этих конференций, а также в специальных выпусках журналов "Космические исследования" № 6 за 2004 г. и "Геомагнетизм и аэрономия" № 1 за 2005 г.

В середине ноября 2006 г. была проведена первая международная Виртуальная конференция (http://workshops.jhuapl.edu/s1/index.html) по изучению солнечно-земных связей во время очень больших магнитных бурь 15 мая и 24 августа 2005 г. Особое внимание уделялось суббурям в главные фазы этих магнитных бурь. Однако особенности геомагнитных возмущений в начальную фазу этих сверх сильных магнитных бурь на конферен-

ции не обсуждались. Заметим, что на переднем фронте магнитного облака, вызвавшего очень сильную (Dst —260 нТл) магнитную бурю 15 мая 2005 г., наблюдались необычно интенсивные вариации в солнечном ветре и межпланетном магнитном поле (ММП), которые, безусловно, должны были проявиться в наземной геомагнитной активности. Целью данной работы является анализ нетипичных волновых геомагнитных явлений в начальную фазу очень сильной магнитной бури 15 мая 2005 г.

2. УСЛОВИЯ В МЕЖПЛАНЕТНОЙ СРЕДЕ

Известно, например, [Gosling et al,. 1991; Bothmer and Schwenn, 1995; Tsurutani et al., 1999; Gonzalez et al., 1999], что источником большинства сильных магнитных бурь является подход к магнитосфере Земли межпланетного магнитного облака, образованного корональным выбросом солнечной массы (CME). На переднем фронте облака наблюдается ударная волна (bow shock), которая при столкновении с магнитосферой Земли вызывает внезапное начало (SC) магнитной бури. Между ударной волной и ведущим краем магнитного облака (leading edge), находится турбулентная область (sheath), которая характеризуется большими и сильно варьирующими значениями плотности и скорости солнечного ветра (соответственно, большим динамическим давлением), а

также большими флюктуациями всех компонент ММП. Геоэффективность различных магнитных облаков определяется структурой временных вариаций и соотношением параметров ММП и солнечного ветра в конкретном облаке, поэтому маг-нитосферный отклик разных магнитных облаков не одинаков. Следовательно, волновая геомагнитная активность, вызванная подходом магнитного облака, также может меняться от случая к случаю.

Магнитная буря 15 мая 2005 г. была вызвана подходом к магнитосфере Земли магнитного облака. Вариации ММП по данным спутника АСЕ, находившегося перед магнитосферой на линии Солнце-Земля на расстоянии ~250 Re, приведены на рис. 1. К сожалению, на спутнике ACE данные о параметрах солнечного ветра в интервале 02-04 UT отсутствовали. Поэтому для анализа этого интервала были использованы данные о плотности и скорости солнечного ветра со спутника WIND (верхние графики на рис. 1), находящегося перед магнитосферой на расстоянии ~210 Re, но не на линии Земля-Солнце, а на Y ~ 90 Re. Кинетическая задержка наземных наблюдений относительно спутниковых данных составляла ~30 мин.

На рис. 1 видно, что в турбулентной области магнитного облака (02.10-05.30 UT) во всех компонентах ММП наблюдались большие флуктуации поля, которые прекратились с приходом ведущего края облака. Наиболее сильные вариации (до ±20 нТл) отмечались в By компоненте ММП. Скорость солнечного ветра составляла ~850 км/с, а плотность ~25-30 см-3. Динамическое давление солнечного ветра достигало ~30 нПа, что привело к сильному поджатию магнитосферы Земли. Положение магнитопаузы на дневной стороне, оцененное нами из условия баланса давления солнечного ветра и геомагнитного поля [Сергеев и Цыга-ненко, 1980], во время начальной фазы отмечалось на расстоянии ~6.5 Re. Это привело к тому, что геостационарные спутники, находящиеся в дневном секторе, оказались за пределами магнитосферы.

3. НАЗЕМНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ

Вариации Dst-индекса за 14-16 мая 2005 г. приведены на рис. 2. Внезапное начало (SC) магнитной бури на земной поверхности наблюдалось в 02.40 UT. Начальная фаза бури, соответствующая прохождению переднего фронта (sheath) магнитного облака через магнитосферу и положительным градиентам Dst-индекса, продолжалась до 06 UT. Главная фаза бури началась с подходом ведущего края облака к магнитосфере Земли и поворота Bz компоненты ММП к югу (области с Bz < 0 на рис. 1 зачернены).

Для исследования геомагнитных возмущений и пульсаций были использованы данные наземных магнитных наблюдений 158 станций, в том числе скандинавский профиль IMAGE (26 станций), сеть гренландских магнитометров GREENLAND (16 станций), канадская сеть магнитометров CARISMA (11 станций), сеть магнитометров меридиана 210° (19 станций) и глобальная сеть INTERMAGNET (88 станции).

Как показал анализ наземных наблюдений, наиболее интенсивные геомагнитные бухтооб-разные возмущения в начальную фазу бури наблюдались в большой долготной области высоких широт: от вечернего до утреннего сектора местного геомагнитного времени. На рис. 3 приведены магнитограммы некоторых станций четырех профилей, находящихся: в вечернем секторе - Северная Америка (геомагнитная долгота Л ~ 300°, MLT = UT - 9), в полуночном секторе -западное побережье Гренландии (геомагнитная долгота Л ~ 40°, MLT = UT - 2), в раннем утреннем секторе- восточное побережье Гренландии и западная Европа (Л ~ 80°, MLT = UT + 1) и в утреннем секторе - Скандинавия (Л ~ 110°, MLT ~ UT + 3). Из рис. 3 видно, что сразу за SC бури (02.40 UT) началось сильное отрицательное бухтообразное магнитное возмущение, наиболее интенсивное в раннем утреннем секторе на широте около 65° (обс. LRV). В вечернем секторе (~18-20 MLT) бухтообразное возмущение регистрировалось только в полярных обсерваториях на геомагнитных широтах больше 75°.

Начавшись в авроральных широтах, магнитная бухта очень быстро переместилась в полярную шапку вплоть до широт геомагнитного полюса. Экваториальная граница полярной шапки в утреннем секторе располагалась, по-видимому, на широтах порядка 70° (что соответствует нашим оценкам положения дневной магнитопаузы на ~6.5 Re). На рис. 3 видно, что выше этой широты SC проявляется как положительная "ступенька" (отсутствующая в авроральной зоне), за которой развивается отрицательное бухтообразное возмущение, сопровождающееся интенсивными длиннопериодными геомагнитными пульсациями.

На рис. 4 показаны магнитограммы станций, расположенных на близких широтах в вечернем (штриховая линия), полуночном (тонкая линия) и утреннем (жирная линия) секторах. В авроральной зоне, на широтах ~67° (обс. GIL, NAQ и SOR) магнитная бухта началась одновременно (рис. 46), сразу после SC, однако в начале бухты амплитуда её в ночном секторе была вдвое больше, чем в утреннем и вечернем. Скорость полярной эксиан-сии магнитной бухты в вечернем и ночном секторах была значительно больше, чем в утреннем. Это четко видно на рис. 4а, на широтах ~74-75° возмущение в вечернем и полуночном секторах

15.05.2005 г.

WIND

1000

900

о 800

£ м 700

600

500

30

25

3 - 20

о 15

10

5

1 1 1 1 1 1 1

60 40 20

20

0

-20

5-40 £ 40

30 20 10 0 -10 -20 10 0 -10 -20 -30 -40

6

UT

UT

10

12

ACE

10 12

Рис. 1. Вариации параметров межпланетной среды: солнечного ветра по данным спутника АСЕ и ММП по данным спутника WIND.

(обе. BLC и STF) началось раньше, чем в утреннем (обе. HOR). Морфологические характеристики обсуждаемой магнитной бухты не соответствуют традиционному определению магнитосферной суббури [Akasofu, 1977]: (а) в авроральной зоне отсутствует подготовительная фаза, во время которой происходит накапливание энергии в хвосте

магнитосферы; (б) - бухтообразное возмущение распространяется к востоку, а не к западу, (в) -бухта наблюдается в большом диапазоне долгот, а не локально, как в типичной суббуре. Источником обсуждаемой бухты, по-видимому, является увеличение ионосферной проводимости из-за высыпания электронов, вызванного очень большим

нТл

0

-50 -100 -150 -200 -250

14/05

15/05 16/05

2005 г.

Рис. 2. Вариации .ОзГ-индекса во время магнитной бури 15 мая 2005 г.

(~3

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»