научная статья по теме ГЛОБАЛЬНЫЙ ГЕОМАГНИТНЫЙ ОТКЛИК НА РЕЗКОЕ СЖАТИЕ МАГНИТОСФЕРЫ И ВАРИАЦИИ ММП 29 ОКТЯБРЯ 2003 Г Космические исследования

Текст научной статьи на тему «ГЛОБАЛЬНЫЙ ГЕОМАГНИТНЫЙ ОТКЛИК НА РЕЗКОЕ СЖАТИЕ МАГНИТОСФЕРЫ И ВАРИАЦИИ ММП 29 ОКТЯБРЯ 2003 Г»

КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2004, том 42, № 6, с. 622-631

УДК 550.380+550.38537

ГЛОБАЛЬНЫЙ ГЕОМАГНИТНЫЙ ОТКЛИК НА РЕЗКОЕ СЖАТИЕ МАГНИТОСФЕРЫ И ВАРИАЦИИ ММП 29 ОКТЯБРЯ 2003 г.

© 2004 г. С. И. Соловьев1, А. В. Моисеев1, В. А. Муллаяров1, A. Ду2, M. Енгебретсон3, Л. Ньшвит4

1Институт космофизических исследований и аэрономии им. ЮГ. Шафера СО РАН, г. Якутск

E-mail: s.i.solovyev@ikfia.ysn.ru 2Институт геофизики, Пекин, Китай E-mail: amdu@mail.igcas.ac.cn 3Аугсбургский колледж, Миннеаполис, США E-mail: engebret@ausburg.edu 4Канадская геологическая разведка, Оттава, Канада E-mail: LNewitt@NRCan.gc.ca Поступила в редакцию 19.05.2004 г.

Исследуется ионосферный и магнитосферный отклик на БС 29.Х.2003 г. в 06.11 ЦТ. Показано, что геомагнитный отклик проявился в виде двух последовательных стадий. В первые ~5 минут после БС наблюдалось интенсивное усиление двухвихревой токовой системы типа БР2 с вариациями Ан до -4500 нТл, +700 нТл на широтах ~67-65° и бездисперсионная инжекция энергичных электронов на геостационарные орбиты одновременно в секторах ~16, ~04 и ~07 МЬТ. В последующие 5-15 мин произошло новое усиление западной электроструи во всех временных секторах на широтах ~70°, с расширением электроструи к полюсу в околополуночные часы до широт полярной шапки (Ф' ~ 7583°) с необычно высокой скоростью расширения - до ~5.0 км/с, сопровождающееся типичными бездисперсионными суббуревыми инжекциями, но только на меридианах ~04 и 07 МЬТ. Исходя из сравнения развития электроструй с данными спутниковых наблюдений в солнечном ветре и магнитосфере предполагается, что спустя ~3-5 мин после начала БС произошла диполизация магнитного поля на геостационарной орбите в связи с распадом тока, текущего поперек хвоста магнитосферы, с последующим расширением области распада тока в хвост до ~150 ЯЕ со скоростью >1200 км/с, что в ~5 раз превышает известные скорости такого расширения.

1. ВВЕДЕНИЕ

Резкое сжатие магнитосферы солнечным ветром (СВ) приводит к генерации внезапного геомагнитного импульса 81 или БС (ББС), если после него следует магнитосферная буря [1], и возможному началу магнитосферной суббури [2, 3]. В на-

стоящее время вопросы, какова причина начала магнитосферных возмущений и какие типы возмущений при этом регистрируются, остаются

еще дискуссионными. Согласно [2], вероятность триггерирования возмущений импульсами динамического давления СВ (Ра) высока, когда магнитосфера уже подготовлена для начала суббури в процессе развития ее фазы роста при отрицательных значениях Бг-компоненты межпланетного магнитного поля (ММП). Таким образом, по мнению [2], резкое сжатие магнитосферы не является прямым источником суббури, а лишь способствует ее началу в результате освобождения накопленной в хвосте магнитосферы магнитной энергии. Однако по данным [4] начало суббури при резком сжатии магнитосферы является прямым следствием увеличения эффективности взаимодействия СВ с магнитосферой. В этом случае

суббуря - результат прямой передачи энергии СВ в магнитосферу без ее накопления. Согласно [2], после резкого сжатия магнитосферы могут наблюдаться как типичные суббури, так и конвекционные возмущения. В то же время, по данным [5, 6] типичные суббури регистрируются только при повороте Бг ММП к северу, а вариации Ра приводят к другим типам возмущений. Последние работы [7-10], посвященные исследованию характера возмущений, стимулированных Рл, показывают, с одной стороны, что при этом возникают типичные суббури [7], а с другой стороны, скорее всего эти возмущения отличаются от суббури [8-10].

В данной статье приведены результаты исследования глобального геомагнитного отклика на начало магнитной бури 29.Х.2003 г. в 06.11.30 ЦТ и в течение последующих ~30 мин после БС. Интерес к этой буре вызван тем, что она характеризовалась очень высокоскоростными потоками солнечного ветра (до ~1800 км/с) и интенсивными вариациями компонент ММП - до ~30-40 нТл, что должно привести к мощным геомагнитным вариациям, импульсным инжекциям энергичных частиц во внутреннюю магнитосферу и т.д. Ана-

20 0 -20 -40

06.05 06.10 06.15 06.20 06.25 06.30 06.35

UT

Рис. 1. Вариации Bx, By и Вг-компонент ММП, измеренные на спутнике ACE (а, б, в), вариации Я-компоненты на низкоширотной станции Енгкинг (YON ф' ~ 11.8°) (г) во время SC 29.X.2003 г. с началом в 06.11.30 UT. Данные ACE приведены со сдвигом ~13 мин относительно SC.

лиз этих данных позволяет выяснить особенности возмущений, вызванных резким ростом Pd и вариациями компонент ММП.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

Для исследования наземного геомагнитного отклика использовались цифровые данные с разрешением 1-20 сек станций проектов CPMN, MACCS, IMAGE, CANOPUS и низкоширотных магнитных станций на территории Китая (см. таблицу). Начало SC на Л ~ 190° в секторе ~15 MLT сравнивалось с началом всплеска ОНЧ излучения в широком диапазоне частот по данным станции Якутск (L ~ 3.3), расположенной на данном меридиане. Магнитосферный отклик изучался по данным геостационарных спутников - GOES-12, Lanl 90,94, 01 и спутника WIND, находившегося в хвосте магнитосферы на R ~ 156 RE c координатами (XGSE = -155.95 RE, FGSE = -12.67 RE, ZGSE = 0.26 RE). Временное разрешение данных для спутников Lanl ~5 сек, а для других ~60 сек. Спутники GOES-12 и WIND были локализованы в околополуночном секторе (~01.30 MLT и 01.00 MLT), а спутники Lanl 90, 94, 01 - в секторах ~04 MLT, ~07 MLT и ~16 MLT, соответственно. Условия в солнечном ветре анализировались по данным спутника ACE, с координатами (XGSE = 231.46 RE, FGSE = 41.21 Re, Zgse = -20.73 Re) и GEOTAIL (XGSE = = 26.12 Re, Fgse = 8.64 RE, Zgse = 2.01 Re). На рис. 1 показаны вариации Bx, By и Bz компонент ММП на спутнике ACE и ^-компоненты магнитного поля на Земле по данным низкоширотной станции (YON, Ф' - 12°) на меридиане ~15 MLT с 06.05 до

06.35 ит. Данные АСЕ и GEOTAIL приведены со сдвигом относительно БС на ~13 мин и ~1.5 мин, соответственно.

3. НАЗЕМНЫЙ ГЕОМАГНИТНЫЙ ОТКЛИК НА ВАРИАЦИИ Pd И ПАРАМЕТРОВ ММП

На рис. 2 приведены вариации Я-компоненты поля на разных широтах вдоль Якутского меридиана вблизи 15 МЬТ и интенсивности всплесков ОНЧ-излучения по наблюдениям на ст. Якутск. Внизу на рис. 2 показаны изменения во времени потоков энергичных электронов в трех энергетических каналах, зарегистрированных геостационарным спутником La.nl 94 на меридиане ~16 МЬТ. По данным геомагнитных наблюдений БС было зарегистрировано в ~06.11.30 ИТ. Началу БС предшествовал за ~15 сек всплеск ОНЧ-излучения. Эффект БС в ~06.11 ИТ проявился в широкополосном импульсе ОНЧ-излучения (верхняя частота более 10 кГц) значительной амплитуды с одновременным ее падением в низкочастотной (ниже 2 кГц) части исходного спектра (на рис. 26 приведены вариации ОНЧ-излучения на трех частотах). Падение амплитуды в каналах 0.46-0.73 кГц началось за 10 с до всплеска и соответствовало отрицательному предимпульсу БС с учетом времени запаздывания. В ходе развития всплеска ОНЧ-излучения происходило частотное смещение времени максимума ОНЧ-излучения - на частоте 8.7 кГц максимум запаздывает на 5 с относительно максимума на частоте 3.1 кГц. Характер поведения ОНЧ-излучения в частотных каналах ОНЧ-регистратора соответствует смещению в

Таблица

Станция

Краткое название Географические Исправленная геомагнитная

широта долгота широта долгота

KTN 76.0 137.9 70.01 201.10

TIX 71.6 12S.9 65.69 196.9S

CHD 70.6 147.9 64.6S 212.1S

ZYK 65.S 150.S 59.6 216.7

MSR 44.4 142.3 37.6 213.2

YAK 62.0 129.6 56.4 199.2

DAW 64.05 220.S9 65.96 271.36

TAL 69.54 266.45 79.17 327.63

RAN 62.S2 267.S9 73.11 333.S2

ESK 61.1 265.95 71.40 331.00

SIM 61.76 23S.77 67.52 290.14

MCM 56.65 24S.79 64.74 305.63

RAB 5S.23 256.32 67.69 314.96

CHU 5S.76 265.92 69.19 331.54

GIL 56.3S 265.36 66.S7 331.14

ISL 53.S6 265.34 64.44 331.55

PIN 50.20 263.96 60.72 330.04

RE 74.7 265.0 S3.56 316.72

CB 69.1 255.0 77.43 307.41

BL 64.3 264.0 74.17 326.54

IQ 63.S 291.5 73.22 14.53

LYR 7S.20 15.S2 75.0S 113.60

BJN 74.50 19.20 71.29 109.1S

MAS 69.46 23.70 66.03 107.03

TRO 69.66 1S.94 66.69 102.79

HAN 62.30 26.65 5S.71 104.61

OUJ 64.52 27.23 60.S5 106.77

YKC 62.40 245.50 69.5S 299.56

NAQ 61.1S 314.57 66.37 43.92

MZL 49.6 117.4 3S.7 1S6.9

YON 22.S 10S.5 11.S 179.4

Сеть CPMN isl. Kotelny Tixie

Chokurdakh Zyryanka Moshiri Yakutsk

Сеть CANOPUS Dawson Taloyoak Rankin Inlet Eskimo Point Fort Simpson Fort McMurray Rabbabou Bau Fort Churchill Gillam Island Lake Pinawa Сеть MACCS Resolute Bay Cambridge Bay Baker Lake Iqaluit

Сеть IMAGE Longyearbyen Bear Island Masi Tromso Hankasalmi Oulujarvi Сеть NRCAN Yellowknife | Сеть Greenland Coasts Narssarssuaq Территория Китая Manzhouli Yongning

момент Б С исходной частотной полосы излучения на более высокие частоты. Подобный эффект БС в ОНЧ-излучении обычно регистрируется при взаимодействии магнитосферы с ударными волнами СВ [11]. Одновременно со всплеском ОНЧ-излучения была зарегистрирована бездис-

персионная инжекция энергичных электронов в магнитосфере вблизи меридиана наблюдения (см. рис. 2в).

Рис. 3г иллюстрирует геомагнитный отклик на БС вблизи полуночного меридиана (~23.30 МЬТ) на

Рис. 2. Широтные вариации Н-компоненты геомагнитного поля в секторе ~15 МЬТ (а), данные регистрации ОНЧ-из-лучения в трех частотных диапазонах, полученные на ст. Якутск (ф' « 56.4°), расположенной в том же секторе МЬТ (б), вариации потоков энергичных частиц в трех диапазонах энергий по данным спутника Lanl 94, находившегося в секторе ~16 МЬТ (в) во время БС 29.Х.2003 г. с 06.10 до 06.14 иТ.

широтах от ~61° (PIN) до ~83° (RE). На рис. 4 а-г показаны вариации Н-компоненты поля в разных долготных секторах на широтах ~75° (а), 70° (б), 65° (в) и 60° (г). Анализ рис. 3 показывает, что начало SC привело к интенсивному усилению западного электроджета вблизи полуночного меридиана через 2-3 мин после начала SC с максимальной интенсивностью АН ~ 4500 нТл на Ф' ~ 67° (станция GIL - рис. 3г) с возможным расширением области электроструи к полюсу до Ф' ~ 70° (CHU - рис. 3г), и на восток от станции YKC (Ф' ~ 70°) до CHU, рис. 46. После 06.17 UT началось но

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