УДК 550.385.37
ГЕОМАГНИТНЫЕ ПУЛЬСАЦИИ Рс3 НА ПРИЭКВАТОРИАЛЬНЫХ ШИРОТАХ В НАЧАЛЬНУЮ ФАЗУ МАГНИТНОЙ БУРИ 5 АПРЕЛЯ 2010 г.
© 2013 г. Н. Г. Клейменова1, Н. Р. Зелинский2, О. В. Козырева1, Л. М. Малышева1,
А. А. Соловьев2, Ш. Р. Богоутдинов2
Институт физики Земли РАН, г. Москва 2Геофизтеский Центр РАН, г. Москва e-mail: kleimen@ifz.ru Поступила в редакцию 20.11.2012 г.
Впервые выполнен анализ данных 1-секундных наблюдений геомагнитных пульсаций диапазона Рс3 на сети разнесенных по долготе приэкваториальных и низкоширотных обсерваторий ИНТЕРМАГНЕТ в начальную фазу умеренной магнитной бури (5—7 апреля 2010 г.). Полученные результаты сопоставлены с магнитными наблюдениями на среднеширотной обс. Chambon-la-Foret (CLF) и субавроральной обс. Kerguelen (PAF), а также с наблюдениями на 6-ти австралийских обсерваториях, расположенных на низких и средних широтах. Подробно исследовано два временных интервала: внезапное начало бури (SC) и начало большой глобальной суббури. В первом интервале максимальные амплитуды приэкваториальных пульсаций наблюдались в околополуденном секторе, а во втором — в околополуночном. Показано, что динамика спектральной структуры Рс3 пульсаций в рассмотренных событиях была различной, несмотря на то, что в обоих случаях в спектре Рс3 наблюдалось усиление волн в двух близких спектральных полосах: ~20—30 мГц и ~30—40 мГц. Рассмотренные Рс3 пульсации характеризовались очень маленькими волновыми азимутальными числами (0.5 и меньше). Обсуждаются возможные механизмы генерации наблюдаемых Рс3 пульсаций.
DOI: 10.7868/S0016794013030115
1. ВВЕДЕНИЕ
В 2010 г. в ходе модернизации геомагнитных наблюдений на глобальной сети наземных обсерваторий проекта ИНТЕРМАГНЕТ была введена регистрация с 1-секундным разрешением на 6-ти приэкваториальных обсерваториях (PPT, IMP, MBO, AAE, PHU, LZH). Эти наблюдения были дополнены 1-с регистрацией на 6 австралийских обсерваториях, расположенных на низких и средних широтах в долготном секторе обс. PHU и LZH. Географическая карта расположения обсерваторий показана на рис. 1, а их географические и исправленные геомагнитные координаты приведены в таблице, где также показано мировое время местного геомагнитного полдня для каждой обсерватории. Помимо указанных выше обсерваторий, в данной работе также используются 1-с наблюдения на среднеширотной обс. Chambon-la-Foret (CLF, ф = 48.02°, X = 2.26°, Ф = 43.8°, Л = 80.24°, геомагнитный полдень в 11 UT) и субавроральной обс. Kerguelen (PAF, ф = -49.35°, X = 70.20°, Ф = -57.90°, Л = 128.0°, геомагнитный полдень в 08 UT). Цифровая геомагнитная регистрация с 1-с разрешением позволяет исследовать характеристики геомагнитных пульсаций диапазона Рс3 f = 20-50 мГц) как в средних, так и в приэкваториальных широтах. Таких исследований в глобальном по долготе масштабе ранее не проводилось.
Имеется большое число работ, посвященных исследованию среднеширотных Рс3 пульсаций. Колебания диапазона Рс3 на низких широтах также ранее обсуждались в литературе, например, [Зыбин и др., 1982; Yumoto and Saito, 1983; Ansari and Fraser, 1986; Yumoto, 1986; Waters et al., 1991; Sarma and Sastry, 1995; Pilipenko et al., 1998; Roy and Rao, 1998; Menk et al., 2000; Ndiitwani and Sut-cliffe, 2009]. В работе [Зыбин и др., 1982], основанной на наблюдениях в южной Индии, впервые показано усиление амплитуд Рс3 колебаний на экваториальных широтах по сравнению с низкоширотной станцией, удаленной от экватора всего на 7°. В противоположность этому типичные ночные геомагнитные пульсации Pi2, по данным этих авторов, не испытывали экваториального усиления амплитуд.
Результаты исследования Рс3 пульсаций на экваториальных широтах на 4-х станциях, расположенных в небольшом долготном секторе на Филиппинах (192—208°), были опубликованы в работе [Cardinal and Yumoto, 2009]. Цифровая регистрация проводилась с помощью индукционных магнитометров с дискретизацией в 1 с, затем для выделения Рс3 пульсаций применялось 3-х секундное осреднение и фильтрация в полосе 22—50 мГц. Было установлено, что, как и в низких широтах, вблизи экватора амплитуда Рс3 пульсаций возрастает в дневные часы местного времени (08—15 LT) с мак-
90° N
60°
30°
30°
60°
90° S
160° W
120°
80°
40°
40°
80°
120°
160° E
160° W
160° E
90° N
60°
30°
- 30°
- 60°
90° S
Рис. 1. Географическая карта положения используемых обсерваторий INTERMAGNET (кружки — приэкваториальные обсерватории, треугольники — австралийские).
симумом вблизи полдня, что традиционно объяснялось влиянием экваториального электроджета [Sarma and Sastry, 1995]. Однако результаты исследований Cardinal and Yumoto [2009] показали низкую корреляцию амплитуды Рс3 пульсаций с интенсивностью экваториальной электроструи и проводимостью Каулинга, особенно в зимний период. Авторы указанной выше работы пришли к выводу, что наблюдаемые ими на экваторе Рс3 пульсации имели внемагнитосферное происхождение и были вызваны возбуждением волн за счет отраженных от магнитосферы протонов солнечного ветра [Russell and Hoppe, 1983; Yumoto, 1986].
Целью данной работы был анализ 1-е геомагнитных наблюдений на сети разнесенных по долготе приэкваториальных и низкоширотных обсерваторий ИНТЕРМАГНЕТ в начальную фазу умеренной магнитной бури (5—7 апреля 2010 г.) нового цикла солнечной активности. Для анализа было выбрано два интервала: внезапное начало бури 8С (удар по дневной магнитосфере) и начало большой глобальной суббури, наблюдающейся через полчаса после 8С ("удар" с ночной стороны магнитосферы). Были исследованы спектральные характеристики геомагнитных пульсаций диапазона Рс3 (/ = 20—50 мГц).
Географические и геомагнитные координаты обсерваторий
Обсерватории Координаты, град Геомаг. полдень, UT MLT на 09 UT
географические геомагнитные
PPT -17.57 210.43 -16.13 284.37 21 00
IPM -27.70 250.78 -20.26 327.10 18 03
MBO 14.38 343.03 04.05 58.50 13 08
AAE 09.03 38.77 05.22 111.39 09 12
PHU 21.03 105.95 13.72 177.53 05 16
LZH 36.08 103.85 23.65 175.71 05 16
KDU -12.69 132.47 -22.40 204.50 03 18
CTA -20.10 146.30 -29.60 220.20 02 19
LRM -22.22 114.10 -33.60 185.10 05 16
ASP -23.77 133.88 -34.50 206.90 03 18
GNA -31.80 116.00 -44.40 186.00 05 16
CNB -35.32 149.36 -45.80 225.60 02 19
0
О
0
О
0
о
04.04.2010-07.04.2010 г.
X
0
-20
Np
Dst
0 -5 04.04
Bx
By
Bz
05.04
06.04
07.04
Рис. 2. Вариации параметров солнечного ветра и ММП и Dst индекса (часовые значения) во время магнитной бури 5—7 апреля 2010 г.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ
5—7 апреля 2010 г. на Земле наблюдалась небольшая магнитная буря с минимальным значением Dst индекса около —50 нТл (6 апреля), вызванная приходом к магнитосфере выброса солнечного волокна, сопровождаемого выбросом коронального вещества. Межпланетная ударная волна была зарегистрирована на Земле 5 апреля 2010 г. в 08.26 иТ, как внезапное начало (БС) магнитной бури. Вариации параметров солнечного ветра (скорость и плотность) и межпланетного магнитного поля (ММП), а также Dst индекса во время обсуждаемой бури показаны на рис. 2. Эта магнитная буря началась на фоне предшествующих геомагнитных возмущений с Кр до ~4 и небольших отрицательных значений Dst индекса и компоненты ММП при достаточно высокой скорости солнечного ветра (~500 км/с), поэтому, несмотря на небольшие значения Dst индекса во время бури наблюдались значительные геомагнитные возмущения.
После БС скорость солнечного ветра возросла до 750—800 км/с. Примерно через полчаса после
IPM MBO
PHU
10
11
12
13 UT
Рис. 3. Магнитограммы экваториальных станций в начальную фазу обсуждаемой бури.
SC в магнитосфере Земли началась очень интенсивная (АЕ-индекс до ~2500 нТл) суббуря, наблюдаемая в глобальном масштабе [Kozyreva, 2012; Kozyreva and Kleimenova, 2012], наиболее сильная в вечернем секторе авроральных широт. Начало суббури сопровождалось интенсивным всплеском Pi2 и Pi3 пульсаций в вечернем и ночном секторах авроральных широт и ярким брейкапом сияний в 09.03 UT [Kozyreva, 2012].
На рисунке 3 показаны магнитограммы обсуждаемых в данной статье экваториальных обсерваторий во время начальной фазы этой бури. Во время SC обсерватории PPT и IPM находились в ночном секторе, обс. MBO в утреннем, AAE - в полуденном, а PHU и LZH в послеполуденном. Наибольший скачок магнитного поля во время SC (~100 нТл) отмечался в околополуденном секторе (обс. ААЕ), что является типичным для SC, например, [Rastogi, 1993]. В 09 UT началась глобальная магнитосферная суббуря, которая наблюдалась на экваториальных широтах, как отрица-
PPT
AAE
LZH
8
9
тельное бухтообразное возмущение в дневном секторе и положительное в ночном (обс. IMP, PPT), что может быть результатом переноса электрического поля из авроральных широт в экваториальные, как неоднократно обсуждалось в литературе, например, [Kikuchi and Araki, 1979; Somayajulu et al., 1987].
Для анализа Рс3 пульсаций данные наблюдений были отфильтрованы в полосе 20—50 мГц с помощью фильтра Баттерворда 6-го порядка [Rabiner, 1986]. Полученные результаты показаны на рис. 4. Видно, что амплитуда всплеска Рс3 колебаний во время SC была значительно больше на дневной стороне (обс. ААЕ), чем на ночной (обс. PPT). Однако во время начала сильной магни-тосферной суббури в 09 UT амплитуда нового всплеска Рс3 пульсаций, в отличие от первого, в дневном и ночном секторах была одного порядка. Рассмотрим оба эти всплеска подробнее.
На рисунке 5 показаны амплитудные спектры этих двух всплесков Рс3 геомагнитных пульсаций: во время SC, в 08.20-08.40 UT (рис. 5а), и во время начала ночной суббури после SC, в 09.0009.20 UT (рис. 5б). На верхних графиках показаны спектры колебаний на экваториальных обсерваториях, на средних графиках — в среднеширотной обс. CLF, находящейся в это время в предполуден-ном секторе, и околополуденной субавроральной обс. PAF, а на нижних графиках — на австралийских низко- и среднеширотных обс. KDU, ASP и CNB, а также в обс. PHU и LZH, расположенных в том же долготном секторе в северном полушарии.
Рс3 колебания во время SC. В дневном секторе приэкваториальных широт (рис. 5а, верхний график) в спектре Рс3 пульсаций
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.