КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2007, том 45, № 3, с. 264-269
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 523.62
НАБЛЮДЕНИЯ АВРОРАЛЬНОГО ГЕКТАМЕТРОВОГО РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ СО СПУТНИКА ИНТЕРБОЛ-1 © 2007 г. В. Н. Курильчик
Государственный астрономический институт им. Штернберга МГУ Поступила в редакцию 03.11.2005 г.
PACS: 96.12.De
Мощное авроральное радиоизлучение магнитосферы Земли сосредоточено в основном в километровом диапазоне длин волн и известно как Авроральное Километровое Радиоизлучение (АКР). Однако, иногда интенсивные всплески этого радиоизлучения наблюдаются в очень широком диапазоне длин волн (вплоть до гектаметрового диапазона).
Наблюдения. В эксперименте АКР-2 на спутнике Прогноз-8 ( декабрь 1980 г.-октябрь 1981 г.) иногда наблюдались короткие гектаметровые всплески на частотах 1540 и 2160 кГц [1]. На рис. 1 приведен пример регистрации аврорального излучения вблизи перигея орбиты спутника Прогноз-8, когда около 12.20 ит он вышел из плазмасферы на авроральные широты в Северном полушарии. Видно типичное, длительное во времени и мощное авральное излучение на километровых длинах волн (частоты 114 ,139, 215 и 273 кГц) и короткие всплески на длинах волн гектометрового диапазона (частоты 1140, 1540 и 2160 кГц).
Всплески гектометрового аврорального излучения на частотах 992 и 1486 кГц позднее наблюдались на спутнике Прогноз-10 в период минимума солнечной активности в апреле-ноябре 1996 г. [2]. Эти всплески регистрировались вблизи перигеев значительно чаще, чем на спутнике Прогноз-8 (см. статистические данные в таблице в [2]).
На спутнике ИНТЕРБОЛ-1 в эксперименте АКР-X (спектр-анализатор с набором фиксированных частот 100, 252, 500, 749, 1463 и 1501 кГц, см. [3, 4]) можно было регистрировать высокочастотные (гектаметровые) всплески аврорального излучения на двух близких частотах 1463 и 1501 КГц.
На рис. 2 мы приводим несколько примеров регистрации аврорального излучения в моменты наличия гектометровых всплесков. Появление коротких гектаметровых событий было сравнительно редким явлением. За более чем пять лет непрерывных наблюдений зарегистрировано всего не более 50 таких событий. Отчасти это обусловлено тем, что из-за особенностей орбитального движения спутника (положение орбиты в Северном полушарии на сравнительно низких начальных широтах с постепенным ее смещением к
земному экватору к 2000 году) гектаметровые события регистрировались лишь в перигеях орбиты вблизи Земли. Другой, и, по-видимому, главной причиной является особенность распространения гектометрового излучения, о чем речь пойдет ниже. Здесь же отметим, что в абсолютном большинстве случаев регистрации гектометрового излучения его короткие всплески наблюдались, как правило, после выхода спутников из плазмасферы (в Северном полушарии) или до входа в нее (в Южном полушарии, см. рис. 1 и 2).
В таблице приведено количество наблюденных событий гектаметрового излучения по годам в 1995-2000 гг.
Годы 1995* 1996 1997 1998 1999 2000**
Количество событий 4 17 11 4 5 3
* за пять месяцев с августа 1995 г. ** за девять с половиной месяцев до середины октября 2000 г.
^ Sf, Вт/м2 Гц
26.XII.1980
2160
1540
1140
780
540
273
215
139
114 кГц
12.20
12.40
Рис. 1
13.00
13.20
ит
^ Sf, Вт/м2 Гц
13.XI.95
4.1Х.96
30.1.1997
1501
1463
749
-15 -17 -19
-15 -17 -19
-15 -17 -19
-15 -17 -19
-15 -17 -19
100 кГц -13
-- -15
-17
500
252
1501
1463
749
500
252
-
- д.
„у \
- ы,
-
- 1 #1
-
£........ .»л
ШШ
- л
-
ит 13.30 14.00 14.30 15.30 16.00 16.30 17.00 17.30 17.00
Я/Яе 2.64 3.81 4.92 3.65 3.18 3.08 5.00 4.45 4.03
MLT 15.59 17.18 18.49 11.77 14.80 16.66 1.00 5.20 6.60
^т 37.1 52.5 58.2 -59.1 -49.2 -24.6 -80.2 -74.8 -59.4
6.11.98 10.II.99 1.Х.2000
-15 -17 -19
-15 -17 -19
-15 -17 -19
-15 -17 -19
-15 -17 -19
100 кГц -13
-- -15
-17
- 1
: 1
-.л
ДА,_Л
-
:......1
ит 18.00 18.30 19.00 06.00 06.30 07.00 10.00 10.30 11.00
Я/Яе 5.83 5.42 5.10 4.46 4.80 5.26 1.36 2.76 4.10
миг 5.32 5.77 6.34 7.80 8.50 9.30 18.00 23.30 0.90
^т -71.4 -61.9 -50.3 17.0 31.9 43.4 41.9 57.4 48.4°
Рис. 2
Нетрудно видеть, что гектаметровое излучение показывает определенную тенденцию появляться в авроральном излучении значительно чаще вблизи минимума солнечной активности (1996 г.). Поскольку в 1995 г. можно было ожидать за год око-
ло десятка событий, что близко к числу событий в 1997 г., наблюдаемое распределение числа событий симметрично относительно его максимума в 1996 г. К 2000 г. (максимуму солнечной активности) число событий падает до 3-4 за весь год.
N 6
5
4
3
2
1
||||
I II III IV V VI VIIVIII IX X XI XII
Рис. 3. Затемненное распределение соответствует Южному, а выделенное жирной линией Северному полушариям.
12
Рис. 4
18
24
ит
12 МиГ
12
18
+ 08 08
■40°- 6 —404—
04
04
18 MLT
00 миг
00
Рис. 5
На рис. 3 отдельно для Северного и Южного полушарий приведена зависимость числа событий гектаметрового аврорального излучения от месяца наблюдения. Очевиден выраженный сезонный эффект. События гектометрового излучения наблюдались в авроральных областях соответствующих полушарий преимущественно в месяцы осенне-зимнего сезона. В Северном полушарии они полностью отсутствовали, например, весной и летом с апреля по сентябрь месяц, что не исключало наличие в это время интенсивного аврорального излучения в километровом диапазоне длин волн [4].
На рис. 4 приведена зависимость количества наблюдавшихся гектометровых всплесков от времени ит. Видно, что максимумы числа событий этого излучения приходятся на периоды времени,
когда полюса дипольного магнитного поля Земли находятся в ночном секторе (магнитный полюс Северного полушария проходит ночной меридиан около 07 ит, Южного полушария - около 15 ит).
Наконец, на рис. 5 показаны геомагнитные координаты (магнитное локальное время MLT -геомагнитная широта Хт) положения спутника в моменты регистрации гектометрового события. Отличие этих распределений точек наблюдения в Северном (а) и Южном (б) полушариях, по-видимому, связано с особенностью распространения гектометрового излучения и, прежде всего с тем, что оно направлено не радиально.
Во время наших наблюдений субаврорального "континуума" на частоте 1486 кГц на спутнике
0
6
Прогноз-10 в перигеях его орбиты в Южном полушарии в вечернем секторе на высотах 1.3-1.6 RE часто регистрировались всплески гектометрового аврорального излучения (см. рис. 1 и 2 в [5]). Эти короткие всплески всегда наблюдались только в вечерне-ночном секторе и нередко следовали группами из нескольких отдельных всплесков. Поскольку, как мы отметили выше, спутник Прогноз-10 функционировал с апреля по ноябрь 1996 г. в период минимума солнечной активности, эти наблюдения гектометровых всплесков согласуются с обсуждаемыми здесь более продолжительными наблюдениями на спутнике ИНТЕРБОЛ-1 в части сезонности явления и зависимости от уровня солнечной активности. В то же время они свидетельствуют о том, что короткие гектометровые всплески генерируются на низких высотах и могут возникать здесь группами.
Обсуждение результатов наблюдений. Приведенные здесь данные наблюдения аврорального излучения в гектометровом диапазоне длин волн свидетельствуют, прежде всего, о том, что важную роль в этом явлении играет магнитное поле Земли. Земное дипольное магнитное поле с магнитными полюсами, довольно далеко отстоящими от оси вращения нашей планеты (на 12° и 25° Северный полюс и Южный, соответственно), представляет собой наклоненный ротатор. При суточном вращении и при вращении Земли вокруг Солнца положение полюсов существенно влияет на конфигурацию (кривизну) магнитных силовых линий поля, связывающих авроральную область внутренней магнитосферы с плазменным слоем ее хвоста. Плазменный слой хвоста магнитосферы является резервуаром энергичных частиц (прежде всего, электронов и протонов), конвективные потоки которых устремляясь по магнитным силовым линиям во внутреннюю магнитосферу обуславливают здесь ряд процессов, приводящих в конечном итоге и к генерированию мощного километрового и сопутствующего ему иногда гектометрового излучения.
В настоящее время общепризнано, что АКР генерируется механизмом циклотронного мазера, теоретически обоснованного в [6]. Трудности этой теории с объяснением большой мощности и нередко непрерывной генерации АКР впоследствии были разрешены развитием представлений (в теории [7] и наблюдениями [8, 9]) о возникновении в ряде случаев оболочечного (shell-like) распределения энергичных электронов, излучающих при достаточно длительном их локальном вращении под углами к магнитному полю, близкими к 90°. Отметим, что такая ситуация может возникать, например, в областях зеркального отражения электронов, движущихся из области слабого магнитного поля в хвосте магнитосферы в более
сильное по напряженности поле внутренней магнитосферы.
Циклотронный мазерный механизм предполагает генерирование излучения на частоте близкой к локальной гирочастоте электронов fce = 2.8 ■ ■ 103 В кГц, где В - напряженность магнитного поля. Кроме этого, в области генерирования АКР должна быть достаточно низкая концентрация холодной плазмы и выполнялось условие > /р =
= 9 п1еп кГц, где /р - плазменная частота, пе - плотность плазмы. Для генерирования аврорального излучения на частотах 1500-2100 кГц необходима напряженность магнитного поля в интервале 0.550.75 Гаусс, что на авроральных широтах >70° достигается на высотах около 1.1 RE. Концентрация холодной плазмы должна быть меньше приблизительно 104 см-3.
В отличие от АКР вблизи максимума его спектра (200-300 кГц) и мощности, где нередко по совокупности источников (областей) излучения генерация может иметь место длительное время (до десятка часов и более) практически непрерывно, на частотах гектометрового диапазона волн это излучение в высокой степени спорадично. Короткие его всплески возникают, по-видимому, тогда, когда в основном мощном конвективном потоке горячих частиц, обуславливающих генерирование АКР, имеют место более плотные сгустки частиц, значительное число которых проникает во внутренню
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.