научная статья по теме НОЧНЫЕ СУБВИЗУАЛЬНЫЕ СИЯНИЯ В ВЫСОКИХ ШИРОТАХ Геофизика

Текст научной статьи на тему «НОЧНЫЕ СУБВИЗУАЛЬНЫЕ СИЯНИЯ В ВЫСОКИХ ШИРОТАХ»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2008, том 48, № 5, с. 634-642

УДК 550.338.1

НОЧНЫЕ СУБВИЗУАЛЬНЫЕ СИЯНИЯ В ВЫСОКИХ ШИРОТАХ

© 2008 г. В. Г. Воробьев1, И. А. Корнилов1, Т. А. Корнилова1, О. И. Ягодкина1,

П. Е. Сандхольт2, Б. Либекк2

Полярный геофизический институт КНЦРАН, Апатиты (Мурманская обл.) 2Отделение физики, Университет г. Осло, Норвегия e-mail: vorobjev@pgi.kolasc.net.ru Поступила в редакцию 30.01.2008 г.

С использованием специальных методов обработки телевизионных изображений исследованы характеристики ночных полярных сияний по наблюдениям на высокоширотных обсерваториях арх. Шпицберген. В интервале 19—04 MLT, обнаружены слабые субвизуальные сияния (SVA), появляющиеся на 3—4° по широте к полюсу от более ярких сияний аврорального овала. Среднее время жизни SVA составляет примерно 7 мин, а средняя скорость экваториального смещения ~0.6 км/с. Случаи SVA наблюдались в относительно спокойные периоды, главным образом, при положительной ориентации Bz компоненты ММП. Однако SVA не являются сияниями полярной шапки, так как ориентированы скорее в направлении восток—запад, чем в направлении на Солнце. Оптические наблюдения показывают, что интенсивность свечения SVA составляет 0.2—0.5 kR в эмиссии 630.0 нм и 0.1—0.3 kR в эмиссии 557.7 нм, а среднее отношение интенсивности эмиссий /5577//б3оо ~ 0.5. По результатам прямых спутниковых наблюдений спектр электронов SVA имеет максимум в диапазоне 0.4—1.0 кэВ. При этом поток энергии высыпающихся электронов примерно на порядок ниже, чем в более ярких дугах сияний аврорального овала.

PACS: 94.20. Ас

1. ВВЕДЕНИЕ

Хорошо известно [Фельдштейн, 1960, 1963; Хорошева 1961, 1963], что планетарное распределение дискретных форм полярных сияний имеет вид овала, смещенного на несколько градусов с дневной стороны на ночную относительно геомагнитного полюса. Этот результат, впервые полученный по данным мировой сети фотографических камер всего неба, позднее был подтвержден спутниковыми наблюдениями как в видимой [Akasofu, 1976; Akasofu and Kan, 1980], так и в ультрафиолетовой [Shepherd et al., 1988] областях спектра. В последнее время оптические наблюдения высокоапогейных спутников Ро^г и Image широко используются в геофизических исследованиях. Картины планетарного распределения сияний, полученные этими летательными аппаратами, не оставляют сомнения в правильности сделанных ранее выводов [Liou et al., 1997].

Положение границ овала сияний и его конфигурация зависят от уровня магнитной активности [Старков и Фельдштейн, 1967; Feldstein, Starkov 1967] и существенно меняются в периоды магни-тосферных суббурь. Так, в работе [Elphinstone et al., 1995] по наблюдениям спутника Viking показано, что на фазе восстановления суббури распределение сияний в ночном секторе имеет вид двойного овала с максимумами появления авро-ральных форм около его экваториальной и при-

полюсной границ. Наличие тонкой (двойной) структуры овала было обнаружено ранее [Мишин и др., 1970; М18Ып е! а1., 1970] по данным фотографических камер всего неба в якутском секторе Арктики и подтверждено исследованиями [Гусев, 1980; Зверев и др., 1988]. Согласно результатам работы [Зверев и др., 1988], резкое увеличение вероятности появления сияний вблизи границ овала наблюдается не только на фазе восстановления суббури, но и в период фазы развития, причем вероятность появления дуг вблизи полюсной границы приблизительно в два раза выше. Наличие двух максимумов в распределении ночных сияний подтверждено недавними исследованиями Старкова и др. (2005), которые показали, что дискретные формы сияний наблюдаются преимущественно около экваториальной и приполюсной границ области структурированных электронных высыпаний.

В работе [УогоЬ|еу е! а1., 2002] на основе наблюдений характеристик высыпающихся частиц со спутников серии ЭМ8Р создана эмпирическая модель динамики авроральных высыпаний в полуночном секторе в периоды суббурь. В этой работе было показано, что ширина области электронных высыпаний перед началом магнито-сферной суббури составляет ~600—800 км, в то время как авроральная суббуря обычно начинается резким увеличением яркости одиночной дуги сияний на экваториальном крае зоны высыпа-

ний. Ширина дуги, от силы, может составлять только несколько км. Полученный результат хорошо согласуется с выводами работы [Samson et al., 1992], в которой, по данным меридионального сканирующего фотометра, было обнаружено, что начальная интенсификация сияний происходит примерно на 5° экваториальнее границы полярной шапки. Эти результаты свидетельствует о том, что суббуря начинается глубоко в магнитосфере на замкнутых силовых линиях геомагнитного поля, а в спокойные периоды и в период фазы зарождения суббури существует широкая область авроральных высыпаний к полюсу от ярких дуг сияний аврорального овала.

Другой интересной особенностью является поведение электронных высыпаний примерно за 5 мин до начала фазы развития суббури. Согласно выводам [Vorobjev et al., 2002], в этот период средние потоки и энергии частиц в экваториальной части овала несколько уменьшаются, что может соответствовать затуханию сияний перед брейка-пом [Зайцева и др., 1976; Pellinen and Heikkila., 1978; Корнилова и др., 1989], но увеличиваются в приполюсной части зоны высыпаний. Последнее может свидетельствовать о возможном появлении здесь слабых дискретных форм сияний до начала суббури.

В настоящей работе проведен тщательный анализ телевизионных и фотометрических наблюдений, выполненных на высокоширотных обсерваториях арх. Шпицберген с целью исследования дискретных форм сияний в области границы полярной шапки. Обнаружены слабые субвизуальные структуры, располагающиеся на несколько градусов по широте к полюсу от ярких дискретных форм сияний аврорального овала и исследованы их морфологические характеристики.

2. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ СИЯНИЙ

В работе использовались телевизионные (ТВ) наблюдения полярных сияний в обе. Баренцбург (ВАВ, Ф' = 75.2°; Л' = 113.3°; MLT = UT + 2.4) и данные меридионального сканирующего фотометра в обс. Нью-Алесунд (NYA, Ф' = 76.1°; Л' = = 113.7°; MLT = UT + 2.4). Телевизионные наблюдения обеспечивают получение детальной картины свечения по всему небосводу с высоким пространственным и временным разрешением. Для изучения динамики сияний удобно представлять материалы ТВ наблюдений в виде кеограмм, которые показывают временное поведение авро-рального свечения обычно вдоль геомагнитного меридиана станции наблюдения. По вертикальной оси на кеограмме откладывается зенитный угол или расстояние от зенита обсерватории, верх кеограммы соответствует направлению на геомагнитный север.

В последние годы ценность телевизионной регистрации сияний значительно возросла благодаря возможности их цифровой обработки с использованием новых, применительно к ТВ наблюдениям, методов фильтрации и улучшения изображений [Корнилов и Корнилов, 2003]. Эти методы, основанные на выделении пространственно-временных и яркостных градиентов, позволяют выявлять очень тонкие эффекты в динамике форм сияний и вариациях яркости свечения, которые часто неразличимы в исходных экспериментальных данных.

Проблема анализа ТВ наблюдений и выделения слабых сияний на обсерваториях арх. Шпицберген связана с сильным влиянием на местную погоду теплого течения Гольфстрим и одновременно холодных воздушных масс Арктики. Это часто приводит к появлению слабых полос тумана, а также отдельных облаков игл и/или снега, проносимых порывами ветра. Подсвеченные наземными источниками света такие явления вызывают эффекты, напоминающие движения авроральных форм. Почти не различимые на обычных кеограммах, они хорошо видны при использовании цифровых методов фильтрации изображений. Таким образом, существует опасность при анализе кеограмм принять метеорологические явления или образования за вариации аврорального свечения. Практический анализ кеограмм позволил сформулировать ряд критериев, дающих возможность отличать метеорологические явления от сияний. Метеорологические образования всегда имеют характерную, заметно отличающуюся от сияний, структуру и достаточно стабильную скорость движения. Скорость движения форм сияний, связанная с процессами в магнитосфере Земли, может быть неравномерной и часто намного больше, чем у одновременно наблюдаемых метеоструктур. На кеограммах метеоструктуры выглядят размытыми, в то время как границы реальных сияний более отчетливы. Нередко решающим аргументом в пользу того, что наблюдаются именно формы сияний, является одновременная регистрация движений метеообразований и сияний с разными скоростями и/или в противоположных направлениях.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ

На рис. 1 показана градиентная кеограмма, иллюстрирующая динамику сияний над обс. Баренц-бург 06 февраля 2002 г. в интервале 17.00—18.00 UT На кеограмме хорошо видны достаточно яркие сияния у южного горизонта обсерватории с небольшой активизацией свечения в 17.40-18.00 UT, которая сопровождалась распространением сияний к полюсу. Вариации X компоненты магнитного поля на меридиональной цепочке магнитометров IMAGE (не приводятся) показывают, что эта активизация сияний сопровождалась появлением неболь-

Зенитный угол, град 8040-

40-

8017.00

ШмШШШшт

17.30

18.00 UT

Рис. 1. Градиентная кеограмма, иллюстрирующая динамику сияний на геомагнитном меридиане обс. Ба-ренцбург 06 февраля 2002 г. в интервале 17.00—18.00 ит. По вертикальной оси отложен зенитный угол, верх кеограммы соответствует направлению на геомагнитный север.

шой отрицательной бухты в горизонтальной компоненте магнитного поля с максимумом ~200 нТл в обс. Хоупен (НОР, Ф' = 72.9°; Л' = 117.0°; МЬТ = = иТ + 2.7). Подобные авроральные интенсификации, наблюдаемые в магнитно-спокойные периоды, исследовались ранее в работе [ёе 1а Веаи-^гШеге е! а1., 1994], где они интерпретировались как проявления процессов локального магнитного пересоединения в хвосте магнитосферы.

На градиентной кеограмме в интервале 17.20— 17.40 UT (~20.00 MLT) в зените обсерватории можно видеть слабые формы сияний, двигающиеся к экватору. Эти формы сиянии располагались примерно на 4—5° по широте к полюсу от бол

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 «Геофизика»