научная статья по теме МАГНИТОСФЕРНЫЕ ПРИЗНАКИ АВРОРАЛЬНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ ВО ВРЕМЯ ПРОХОЖДЕНИЯ CIR И SHEATH ОБЛАСТЕЙ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА Космические исследования

Текст научной статьи на тему «МАГНИТОСФЕРНЫЕ ПРИЗНАКИ АВРОРАЛЬНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ ВО ВРЕМЯ ПРОХОЖДЕНИЯ CIR И SHEATH ОБЛАСТЕЙ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА»

КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2014, том 52, № 1, с. 39-47

УДК 523.62-726:550.338.8

МАГНИТОСФЕРНЫЕ ПРИЗНАКИ АВРОРАЛЬНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ ВО ВРЕМЯ ПРОХОЖДЕНИЯ CIR И SHEATH ОБЛАСТЕЙ

СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА

© 2014 г. И. В. Дэспирак1, А. А. Любчич1, Р. Т. Колева2

Полярный геофизический институт КНЦРАН, г. Апатиты 2Институт космических исследований и технологий БАН, София, Болгария

despirak@gmail.com Поступила в редакцию 16.03.2013 г.

По данным спутника Polar исследовались авроральные возмущения во время прохождения мимо Земли областей сжатой плазмы перед высокоскоростными потоками солнечного ветра (CIR) и перед магнитными облаками (Sheath). Сияния, наблюдаемые на спутнике Polar, имели основные признаки суббури — локализованное начало, экспансия к полюсу и к западу и востоку — но при этом у них были очень большие размеры по долготе и широте и они занимали очень большую площадь. Были проанализированы все возмущения, наблюдавшиеся на спутнике Polar во время областей Sheath и CIR солнечного ветра за декабрь 1996 года, 1997—1998 годы и 2000 год. Было отобрано 8 событий, когда во время развития возмущения в ионосфере, спутник Geotail находился в плазменном слое хвоста магнитосферы. Показано, что во всех отобранных случаях в хвосте магнитосферы наблюдались некоторые типичные признаки развития суббури, а именно: 1) быстрые потоки плазмы (обращение направления быстрых потоков — от Земли/к Земле) 2) резкое уменьшение полного давления, которое следовало за интервалом увеличения полного давления. Можно сделать вывод, что во время CIR и Sheath областей с высокой плотностью солнечного ветра наблюдаются суббуревые возмущения определенного вида — с большими широтными и долготными размерами (иногда занимающими всю полярную шапку).

DOI: 10.7868/S0023420614010026

1. ВВЕДЕНИЕ

Известно, что солнечный ветер является неоднородным, в нем существуют различные крупномасштабные структуры и течения [1, 2]. Структуры и потоки солнечного ветра могут быть как квазистационарные, так и возмущенные [2]. К возмущенным течениям относятся явления, связанные с корональными выбросами массы (CME), и структуры, возникающие в межпланетной среде при распространении солнечного ветра, — области сжатия плазмы перед рекуррентными потоками солнечного ветра (CIR) и перед магнитными облаками (Sheath) (например, [3—6]). Изменения в межпланетной среде, связанные с крупномасштабной структурой солнечного ветра, непосредственно сказываются на геофизических явлениях, регистрируемых на Земле и на спутниках. Так, некоторые из структур солнечного ветра — магнитные облака (MC) и области сжатой плазмы перед потоками (CIR и Sheath) — являются источниками геомагнитных бурь [7—9]. Однако, несмотря на большое количество работ, посвященных исследованию геоэффективности солнечного ветра, в цепочке: солнечный ветер-магнитосфера—ионосфера Земли — до сих пор много пробелов. Одной

из нерешенных проблем является вопрос о влиянии крупномасштабной структуры солнечного ветра на экспансию суббури, на формирование и развитие авроральной выпуклости.

Известно, что экспансия суббури контролируется южной компонентой межпланетного магнитного поля и скоростью солнечного ветра [10— 12]. Однако надо отметить, что суббури бывают разных типов — суббури во время бурь, высокоширотные суббури, суббури на сжатом овале и т.д. Все эти типы суббурь наблюдаются при определенных условиях в солнечном ветре. Например, определяющим фактором для появления высокоширотных суббурь — суббурь, для которых возмущение начинается на широтах авроральной зоны, а в процессе развития происходит распространение возмущений до аномально высоких широт (> 75° геомагнитной широты) — является скорость солнечного ветра [13, 14]. Чем выше скорость, тем больше широта, до которой распространяется суббуря. Эти суббури наблюдаются, в основном, в период минимума солнечной активности, когда преобладают высокоскоростные рекуррентные потоки из корональных дыр. Тогда как во время максимума солнечной активности, когда преоб-

(б)

11.I.97 10.26.57 10.30.01 10.35.30 11.15.42 11.21.50 11.28.17

(г)

28.II.97 00.54.00 UT 01.03.12 01.09.36 01.15.28 01.49.12 02.07.54

Рис. 1. Примеры наблюдений развития возмущений по данным прибора UVI спутника Polar во время прохождения разных структур и потоков солнечного ветра.

ладают потоки, связанные с корональными выбросами массы (СМЕ), высокоширотные суббури наблюдаются редко ([13, 15]).

Для разных по природе потоков солнечного ветра характерны разные комбинации геоэффективных параметров (скорости, Бг компоненты ММП, плотности и т.д.). Для высокоскоростных рекуррентных потоков солнечного ветра характерны высокая скорость и небольшие значения отрицательной Бг компоненты ММП (например, [9]). Для магнитных облаков (МС) — высокие значения величины магнитного поля, повышенные значения скорости и часто длительный интервал отрицательной Бг компоненты ММП ([3, 16]).

Для областей сжатой плазмы перед этими потоками (областей CIR и Sheath) — высокая плотность солнечного ветра и величина магнитного поля ([2, 4]).

Вопрос о влиянии разных потоков солнечного ветра — магнитных облаков и рекуррентных потоков — на экспансию суббури рассматривался в работе [17]. На рис. 1 ([17]) видно, как происходит развитие авроральной выпуклости во время 4 структур солнечного ветра: а — магнитных облаков (MC), б — высокоскоростных рекуррентных потоков (RS), в, г — областей сжатой плазмы перед этими потоками (CIR и Sheath). Авроральная выпуклость отмечена сплошной линией; пред-

ставлено развитие выпуклости от момента начала суббури до ее максимальной фазы. На основе одновременных наблюдений спутников Polar и Wind было показано, что геометрия авроральной выпуклости различна для этих 4 структур солнечного ветра, это проявляется в разных соотношениях долготного и широтного размеров выпуклости: отношение долготного к широтному размеру выпуклости наименьшее для RS, среднее для областей Sheath и CIR, и максимальное для MC. В частности, во время прохождения магнитных облаков суббуревая выпуклость занимает большую площадь, но при этом характеризуется относительно малым размером по широте и большим -по долготе. Подобная "геометрия" суббури, возможно, связана с конфигурацией магнитного хвоста во время бурь, связанных с MC. Известно, что конфигурация магнитного хвоста во время бурь, связанных с магнитными облаками, сильно изменяется, силовые линии сильно вытянуты в хвост не только в ночном секторе, но и вечернем и утреннем секторах [18, 19]. Это означает наличие интенсивного токового слоя вблизи Земли в широкой долготной области. По-видимому, суббури во время бурь, которые были вызваны магнитными облаками, могут развиваться в более широком долготном секторе, и для диссипации энергии не требуется распространения возмущений далеко в хвост магнитосферы, то есть, по широте.

Из рис. 1 (с и d) видно, что авроральная выпуклость имеет максимальные размеры во время прохождения CIR и Sheath областей, при этом она вытянута как по широте, так и по долготе, и занимает наибольшую площадь. Возможно, это связано с влиянием повышенной плотности солнечного ветра, которая характерна для CIR и Sheath областей [2]. В данной работе мы будем рассматривать именно такие большие (иногда занимающие всю полярную шапку) авроральные возмущения. Хотя эти возмущения в ионосфере имеют основные признаки развития суббуревых возмущений — локализованное начало, экспансия к полюсу и к западу и востоку — возникает вопрос, наблюдаются ли в это время типичные признаки развития суббури в хвосте магнитосферы? И будут ли эти признаки такими же, как для обычных суббурь?

Для ответа на этот вопрос мы проанализировали данные одновременных наблюдений спутников Polar, WIND и Geotail. Были отобраны случаи, когда Geotail находился в плазменном слое в хвосте магнитосферы во время авроральных возмущений в ионосфере, которые наблюдались в момент прохождения мимо Земли областей Sheath и CIR солнечного ветра. Надо отметить, что в работах [17, 20] было подробно рассмотрено, как происходит развитие авроральных возмущений по данным спутника Polar во время разных структур

солнечного ветра; в данной работе основное внимание будет уделяться наблюдениям в хвосте магнитосферы.

2. ДАННЫЕ

В работе использованы одновременные данные приборов UVI спутника Polar и приборов LEP и MGF спутника Geotail [21—23]. Аврораль-ные возмущения в ионосфере исследовались с помощью прибора UVI, регистрирующего свечение в ультрафиолетовой области спектра. Главным источником излучения в ультрафиолетовом диапазоне является система молекулярного азота Лаймана—Берджи—Хопфельда (Lyman Birdge Hopfield Spectral bands — LBH), использовались данные по свечению в полосах LBHL и LBHS. Метод определения параметров авроральной выпуклости был подробно описан в работах [17, 20].

Характеристики солнечного ветра и межпланетного магнитного поля определялись по данным спутника WIND, спроектированным на орбиту Земли. Области CIR и Sheath в солнечном ветре определялись визуально по их типичным признакам — как области сжатой плазмы перед высокоскоростным потоком или магнитным облаком [2—4]. Подробно использованная нами методика определения областей CIR и Sheath, MC и RS была описана в работе [17]. Примеры определения границ области CIR 29.III. 1997 и области Sheath 10.X.1997 представлены ниже, в разделе "Результаты".

Для отбора случаев применялся следующий критерий:

1) на спутнике Polar (прибор UVI) наблюдались авроральные возмущения;

2) авроральные возмущения регистрировались во время прохождения мимо Земли Sheath или CIR структур солнечного ветра;

3) меридиан проекции спутника Geotail пересекал авроральную выпуклость;

4) спутник Geotail находился на ночной стороне в плазменном слое хвоста магнитосферы. Критерий в > 0.1 (где в — отношение кинетического давления плазмы к магнитному давлению) и визуальные просмотры ионных и электронных спектров использовались для идентификации плазменного слоя.

Были пранализированы все авроральные возмущения, которые наблюдались на спутнике Polar во время прохождения Sheath или CIR структур солнечного ветра за де

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 «Космические исследования»