КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2004, том 42, № 6, с. 563-573
УДК 551.509.336
НЕОБЫЧНО ВЫСОКАЯ ГЕОМАГНИТНАЯ АКТИВНОСТЬ В 2003 ГОДУ
© 2004 г. А. В. Белов, С. П. Гайдаш, К. Г. Иванов, X. Д. Канониди
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, г. Троицк
Поступила в редакцию 19.05.2004 г.
В 2003 г. геомагнитная активность оказалась намного выше, чем в любой другой год текущего солнечного цикла. Причиной этого стало совпадение по времени крупных низкоширотных корональ-ных дыр и значительного всплеска вспышечной и эруптивной активности Солнца. Обсуждаются особенности недавнего усиления активности, сравнивается долгопериодное поведение индексов геомагнитной активности в 23-м и предшествовавших циклах. Более подробно анализируются исключительно большие магнитные бури октября-ноября 2003 г.
ВВЕДЕНИЕ
2003 год начинался достаточно спокойно, солнечная активность была относительно низкой и вполне соответствовала развитой фазе спада текущего солнечного цикла. В первые два месяца года, а затем в июле-сентябре число солнечных пятен и поток радиоизлучения иногда опускались до такого низкого уровня, какой до этого не наблюдался 4 года. В эти периоды не было мощных вспышек, и даже вспышки рентгеновского балла М появлялись крайне редко. В марте, апреле и мае-июне наблюдалось несколько всплесков солнечной активности, но они были кратковременными и не меняли общую тенденцию спадающей активности. Казалось, что к концу года станет еще спокойнее, но события октября-ноября опровергли такие ожидания.
Вместе с тем, по геомагнитной активности 2003 год стал бы самым возмущенным годом 23-го цикла даже без осеннего всплеска солнечной активности. Большей частью, межпланетные возмущения и геомагнитная активность в 2003 году были связаны не с эруптивными явлениями на Солнце, а с протяженными долгоживущими низкоширотными корональными дырами. Весь год Земля переходила из одного высокоскоростного потока солнечного ветра, обусловленного коро-нальной дырой, в другой подобный поток. Причем магнитные бури, вызывавшиеся высокоскоростным потоком солнечного ветра из самой протяженной и самой долгоживущей корональной дыры, продолжались по нескольку суток подряд -порой, дольше недели. Когда же к влиянию коро-нальных дыр добавлялись спорадические эффекты, средняя активность магнитного поля Земли становилась исключительно высокой.
События прошедшего года ставят перед нами следущие вопросы: как соотносится уровень геомагнитной активности 2003 г. с тем, что наблюдалось до этого в текущем солнечном цикле и в бо-
лее ранних циклах; насколько эти события необычны; в чем сходство и различия 23-го и предшествующих циклов; следует ли ожидать подобные возрастания в будущем и можно ли их предсказывать?
ДАННЫЕ
В этой работе мы анализируем поведение трехчасовых Кр- и Ар-индексов (ftp://ftp.gfz-potsdam. de/pub/home/obs/Kp-ap/wdc/) в 1932-2004 гг., а также среднечасовых Д.гиндексов (http://swdcdb. kugi.kyoto-u.ac.jp/dstdir/) за 1957-2004 гг. Некоторые результаты сопоставлялись с поведением АА-индексов (ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/ SOLAR_DATA/RELATED_INDICES/AA_INDEX/). Все эти индексы объединены с другими геомагнитными, межпланетными и солнечными данными в базу данных индексов геомагнитной активности, созданную в ИЗМИРАН. Эту базу данных мы постоянно используем в повседневной деятельности Центра прогнозов геофизической обстановки ИЗМИРАН [1].
В дополнение к глобальным индексам геомагнитной активности использовались локальные измерения магнитного поля Земли в магнитной обсерватории Москва (ИЗМИРАН), имеющей координаты 55.5 N 37.3 E. Данные этой обсерватории доступны в режиме реального времени и в архивированном виде на сайте http://forecast.izmi-ran.rssi.ru/.
ОСОБЕННОСТИ ГЕОМАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ 2003 ГОДА
Рис. 1 позволяет сравнить поведение Ар-индексов геомагнитной активности в 2003 году и предшествовавшие ему годы с высокой солнечной активностью. Здесь и далее Ар-индексы даны в 2 нТл.
Можно видеть, что геомагнитные возмущения 2003 г. более многочисленны, не только в сравне-
Ар-индекс
400 300 200 100 0
▼ ▼ ' ▼ ▼ ??W Y _! TW?TW ' W JW TT W ▼ ттттт WJ¥ т
2000 i
•■•!..ь. A uflj M^Ji . 1 Hill ii Lüi UlUi I j | 1,1,
400 300 200 100 0
400 300 200 100 0
400 300 200 100 0
2001
IlIl
kiuXLAiLaJ
M
■Да—i-^-J-
äAI
2002 WT T ** — H w * - i i i h
i i i
i
LUuu-,1 küLLii , j J 1, .».Iii» l, 1 iiikui LJI.L1 I j i k J Li L1.J., Un.faLiltLi
I
IV
V
VI VII VIII Месяцы года
Рис. 1. Поведение 3-часовых Ар-индексов в 2000-2003 гг. В верхней части каждой годовой панели даны моменты внезапных начал магнитной бури (SSC).
нии с относительно спокойным 2002 г., но и в сравнении с активными 2000 и 2001 гг. При этом больших магнитных бурь в 2003 г. было существенно меньше, чем в 2000-2001 гг. Резко уменьшилось и количество внезапных начал магнитных бурь - SSC (ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/ SOLAR_DATA/SUDDEN_COMMENCEMENTS).
Их в 2003 г. зарегистрировано только 14, тогда как в предыдущие годы количество SSC менялось от 44 в 2000 г. до 36 в 2002 г. Несмотря на все это, общий уровень геомагнитной активности 2003 г.
оказался существенно выше, чем в любой другой год 23-го цикла. То, что это нельзя объяснить только событиями октября-ноября демонстрирует рис. 2. Мы видим, что не только в эти месяцы, но почти во все месяцы года среднемесячный Ар-индекс был самым высоким именно в 2003 г.
Обратимся теперь к более долгопериодным вариациям геомагнитных индексов. На рис. 3 приведены среднегодовые Ар- и Д.гиндексы за весь период их существования. Для Д.гвариаций - это
35
30 25 20 15 10 5 0
□ 2000 2001 2002 2003
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Рис. 2. Среднемесячные Ар-индексы в 2000-2003 гг.
екс20 д
н и
.>10
тМ т М ттг
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
-30 С|
Рис. 3. Среднегодовые Ар и О.гиндексы геомагнитной активности в 1932-2003 и 1957-2003 гг., соответственно. В верхней части рисунка указаны моменты минимумов (ш) и максимумов (М) сглаженных чисел солнечных пятен.
19-23 циклы солнечной активности, история Ар-индекса начинается в конце 16-го цикла.
Средний за год Ар-индекс в 2003 году оказался равен 21.8 нТл. Это очень высокое значение, уступающее только 1951, 1960, 1982 и 1991 годам. Заметим, что все перечисленные годы, как и 2003 г., пришлись на фазу спада солнечного цикла и все они являются годами максимальной геомагнитной активности соответствующего цикла. Предположим, что 2003 г. останется самым активным годом текущего цикла, а его октябрь -самым активным месяцем. Исходя из этого, сравним максимумы геомагнитной активности различных циклов. В табл. 1 приведены самые большие среднегодовые и среднемесячные значения Ар-индексов в 17-23 циклах, год и месяц, когда они наблюдались, и запаздывание этих моментов относительно времени формального максимума цикла, определяемого по сглаженным числам солнечных пятен.
Если 2003 г. рассматривать не как произвольный год, а как год максимальной (в солнечном цикле) геомагнитной активности, то его среднегодовой Ар-индекс выглядит уже не так внушительно. Он превосходит только максимумы 17 и
Таблица 1. Максимальные значения Ар-индексов в различных солнечных циклах
Цикл Год А ^ртах' д, Месяц А, тах' Дг,
год годы месяцы месяцы
17 1943 17.0 6 1940.Ш 36.6 35
18 1951 22.3 4 1951.К 39.9 50
19 1960 23.6 3 1957.К 49.3 -2
20 1974 19.6 6 1973.IV 29.8 54
21 1982 22.4 3 1982.К 35.9 34
22 1991 23.4 2 199^ 44.3 23
23 2003 21.8 3 2003.X 34.7 42
30
й 20 и к к
10
СИ Число пятен ■ Циклы 17-22 -О- Цикл 23
30 40 Месяцы
120
100 з
ЕГ
е
К Ч О
с
о ч
с
к
20 ^
60
40
Рис. 4. Сравнение поведения среднемесячных Ар-индексов в 23-м цикле с усредненными методом наложения эпох Ар-индексами для 17-22 циклов и числами солнечных пятен для 17-23 циклов. Нулевой месяц соответствует максимуму
сглаженных чисел солнечных пятен.
20-го циклов и уступает, хотя и незначительно, всем остальным максимумам. Годовые Ар-индексы никогда не достигали максимума на фазе роста солнечной активности или вблизи его пика. Минимальным (2 года) запаздывание было в 22 цикле, когда солнечный максимум пришелся на 1989 г., а геомагнитный - на 1991 г. Чаще всего максимум годового Ар-индекса попадает на третий год. Так уже было ранее в 19-м и 21-м цикле, и благодаря 2003 году к этому списку, скорее всего, добавится и 23-й цикл. В трех циклах наблюдался более поздний максимум, иногда совпадавший с концом фазы спада солнечной активности. Запаздывания среднемесячных Ар-индексов, в основном, лежат в диапазоне от 2 до 4.5 лет, считая от максимума сглаженных чисел солнечных пятен. Только однажды (в 1957 году) максимумы пятен и Ар-индекса почти совпали, однако следует учесть, что в 19-м цикле было много очень активных периодов, и в апреле и октябре 1960 года активность магнитного поля Земли немногим уступала рекордному сентябрю 1957 г.
Следует добавить, что много раз отмечавшийся [2-7] поздний максимум геомагнитной активности является нормой для последних солнечных циклов, но так было не всегда. Если обратиться к АА-индексам, которые существуют с 1868 г., можно заметить, что в 12-м и 13-м циклах максимальные значения АА-индексов попали на фазу роста числа солнечных пятен.
Рис. 3 и табл. 1 показывают, что максимальные величины Ар-индекса в различных циклах совпадали с различными частями фазы спада. На рис. 4 представлены усредненные методом наложения эпох числа солнечных пятен и Ар-индексы для фаз спада семи и шести солнечных циклов соответственно.
Необходимо отметить, что усредненные Ар-индексы мало меняются на протяжении всей фазы спада. Уровень геомагнитной активности, в среднем, является повышенным и в год солнечного максимума и через 5-6 лет после него. Флуктуации усредненного Ар отражают недостаточность статистики. Шести циклов, конечно, мало, для того чтобы при усреднении полностью убрать сезонную зависимость и специфику различных циклов, хорошо заметную на рис. 3. Однако возрастания геомагнитной активности в разли
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.