КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2014, том 52, № 6, с. 459-467
УДК 550.385
ОСОБЕННОСТИ ДНЕВНЫХ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ, НАБЛЮДАЕМЫХ ВО ВРЕМЯ ИМПУЛЬСА СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА НА ФОНЕ СУББУРИ 1 АВГУСТА 1998 ГОДА
© 2014 г. Ю. Ю. Клибанова1, 2, В. В. Мишин1, Б. Цэгмэд1, 3
Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск 2Иркутская государственная сельскохозяйственная академия 3Исследовательский центр астрономии и геофизики АН Монголии vladm@iszf.irk.ru Поступила в редакцию 01.03.2013 г.
В работе исследуются длиннопериодные геомагнитные пульсации в диапазоне частот (1.7—6.7) мГц в интервале 18.25—18.48 UT 1.VIII.1998 на фоне активизации суббуревой активности, обусловленные несколькими последовательными резкими изменениями динамического давления солнечного ветра. Используются данные наземных станций, которые находились вблизи местного полудня (канадская сеть CANOPUS) и на ночной стороне авроральные станции в Якутии и сети IMAGE, а также данные внемагнитосферных спутников ИНТЕРБОЛ-1, ACE, WIND, GOES 8. Обсуждается влияние параметров плазмы СВ, межпланетного магнитного поля (ММП), наклона фронта неоднородности СВ и геомагнитной активности на направление распространения и поляризации, а также амплитуду пульсаций. Свойства пульсаций, регистрируемых до развития суббури, соответствуют механизму их возбуждения ударом по магнитопаузе фронтом неоднородности в магнитоспокойное время: пульсации распространяются от точки касания на ночную сторону с нарастанием амплитуды и с противоположенным направлением поляризации. Усиление суббуревой активности приводит к смене направления распространения и более сложному поведению амплитуды и поляризации пульсаций на дневной стороне.
Б01: 10.7868/80023420614040062
1. ВВЕДЕНИЕ
Исследование основных механизмов генерации длиннопериодных геомагнитных пульсаций является актуальным на сегодняшний день. На дневной стороне основной причиной является приход фронта неоднородности солнечного ветра
(СВ), а также магнитозвуковых колебаний большой амплитуды. Приход фронта высокого давления на магнитосферу возбуждает поверхностные волны, генерирующие быстро затухающий цуг геомагнитных пульсаций в диапазоне Рс4—Рс5. Такие пульсации распространяются от полуденного меридиана, при этом их поляризация и направление распространения различны в утреннем и вечернем секторах [1—8]. Воздействие фронта неоднородности может сопровождаться не только раскачкой затухающих поверхностных волн, а также радиальных колебаний магнитосферы и возбуждением неустойчивости Кельвина-Гельм-гольца и Рэлея-Тейлора, которые могут усиливать поверхностные волны [9, 10]. Падение магнито-звуковых волн из СВ с периодом больше периода собственных резонансных колебаний магнитосферы могут вызывать генерацию вынужденных
длиннопериодных колебаний геомагнитного поля [11].
Рассматриваемый диапазон частот на дневной стороне соответствует на дневной стороне пульсациям Рс4—Рс5, а на ночной — иррегулярным колебаниям Р12, Р13, которые обусловлены суббуревыми процессами в геомагнитном хвосте [12— 15]. Последние могут быть результатом пересоединения силовых линий в хвосте и последующей интенсификацией продольных токов и ионосферных электроструй [16, 17]. Эффект таких колебаний может регистрироваться на земле через несколько минут после раскачки колебаний дневной магнитопаузы фронтами неоднородно-стями [8].
Во время восстановительной фазы супербурь импульсные усиления плотности СВ могут приводить к одновременному развитию суббури на ночной стороне и длительных серий длиннопери-одных пульсаций в большом диапазоне широт как на дневной, так и ночной сторонах с неизменной амплитудой и частотой [18, 19].
В работах [20, 21] исследованы переходные процессы во время которых регистрируются ир-
регулярные колебания в диапазоне длиннопери-одных пульсаций, которые возбуждаются фронтами неоднородности СВ в очень магнитоспо-койное время. В качестве механизма генерации предполагается в первую очередь образование вмятины на носу магнитопаузы и последующий ее снос потоком обтекающей плазмы магнито-слоя в обе стороны (в утреннюю и вечернюю). Показано, что точка разбегания смещается от полудня в ту или иную сторону в зависимости от направления ММП, при этом механизм этого смещения либо не обсуждается, либо связывается с образованием турбулентных структур в магнитослое.
В нашей предыдущей работе [8] исследовано влияние наклона фронта неоднородности в зависимости от величины перепада динамического давления, а также резкого повышения геомагнитной активности во время мгновенного начала бурь (Ssc). Предложен механизм, в котором набегание фронта неоднородности СВ на магнитосферу возбуждает поверхностные волны на её границе, распространяющиеся в обе стороны от точки касания фронтом магнитопаузы со сменой направления поляризации. Амплитуда порождаемых при этом пульсаций нарастает при удалении на дневную и ночную стороны. Такую закономерность удалось проследить в двух исследованных нами событиях 15.VIII. и 16.VII.2005 во время Si — импульсов, не сопровождавшихся бурями и суббурями. На примере двух других событий: бури 14.VI.2005 и супербури 6.IV.2000 было показано, что усиление геомагнитной активности после Ssc может сменить обычное для магнитоспокойного времени направление распространения геомагнитных пульсаций — с дневной стороны на ночную — на противоположное [8].
Настоящая работа посвящена дальнейшему изучению особенностей поведения длиннопери-одных пульсаций, обусловленных приходом фронта неоднородности СВ, который сопровождается резким усилением геомагнитной активности. Рассматриваются пульсации в диапазоне частот (1.7—6.7) мГц. Исследуется событие 1.VIII.1998 на фазе восстановления бури в интервале 18.00—19.00 UT Мгновенное начало бури (Ssc) зафиксировано на Земле 30.VII.1998 в 23.33 UT (бюллетень GIB). Непосредственно перед рассматриваемым интервалом наблюдалась умеренная суббуря в интервале 17.20—18.00 UT [22]. В настоящей работе анализируются особенности поведения дневных геомагнитных пульсаций, вызванных резкими скачками динамического давления СВ и вертикальной компонентой ММП, которые сопровождались активизацией суббуревой активности в 18.30 UT. Поскольку скорость СВ менялась слабо, то изменение динамического давления Pd (почти в четыре раза) было обусловлено главным образом изменением концентрации n протонов СВ.
Чтобы проследить влияние суббуревой активности на распространение поверхностных волн, их амплитуду и поляризацию используются данные наземных станций не только вблизи местного полудня, но и данные станций, расположенных на ночной стороне.
2. ИСТОЧНИКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДАННЫХ И МЕТОДИКА ИХ ОБРАБОТКИ
Используются основные параметры СВ (скорость V, концентрация n, динамическое давление Pd), ММП (вектор магнитной индукции B) по данным сайта CDAW [http://cdaweb.gsfc.nasa.gov/], полученные спутниками WIND, ACE и ИНТЕР-БОЛ-1, а также значения индексов авроральной активности (AE) и магнитной активности (SYM-H) [http://omniweb.gsfc.nasa.gov/]. Время регистрации фронта неоднородности СВ на спутнике WIND при анализе данных "перенесено на Землю", а именно совмещено c временем вызванного фронтом резкого изменения магнитного поля на магнитограммах наземных станций (см. [8]). Спутник ИНТЕРБОЛ-1, находившийся в СВ на утреннем фланге магнитосферы (XGSE = 8.89 RE, Yqse = —23.9 Re, -ZGse = 2.48 RE), зарегистрировал фронт в 18.25 UT. В СВ фронт был зарегистрирован спутником ACE (XGSE = 242.9 RE, YGSE = 32.8 RE, ZGSE = 18.18 Re) в 17.30 и спутником WIND (XGSE= = 87.96 Re, Ygse = -6.31 Re, Zgse = -3.19 Re) - в 18.06 UT. Удачное расположение космических аппаратов позволило вычислить расположение фронта ударной волны, нормали к фронту и направление ММП. Азимутальный угол ф наклона плоскости фронта, который отсчитывается против часовой стрелки от направления оси х в плоскости (х, у) системы GSE полученный по методике [23], а именно по данным пары разнесенных спутников (ACE и WIND) - по времени кинематического запаздывания прохождения фронта неоднородности СВ и разности координат между ними.
Для анализа обсуждаемого события использовали данные станций канадской сети CANOPUS находившихся в предполуденном секторе на одной параллели Ф = 67° от 7.30 MLT (DAWS) до 11.50 MLT (GILL ). На ночной стороне находились авроральные станции в Якутии (Ф = 65°) и станции сети IMAGE (Ф = 66°). Для обработки наземных магнитных данных применен цифровой фильтр на основе алгоритма [24], который не искажает фазовую характеристику сигнала. Сначала с помощью этого фильтра удалена низкочастотная часть возмущений f < 0.0008 Гц), а затем выделены колебания в полосе частот, соответствующей диапазону пульсаций Рс5 (1.76.7 мГц). Кросскорреляционный анализ методом Пирсона [25] использован для определения вре-
Код станции Название станции Географические координаты Геомагнитные координаты 1.VIII.1998 г.
широта долгота широта долгота MLT
DAWS Dawson 64.05 220.89 65.92 273.2 7.38
FSIM F. Simpson 61.76 238.77 67.33 293.54 9.29
FSMI Fort Smith 60.03 248.07 67.87 304.95 10.14
RABB Rabbit Lake 58.23 256.32 67.05 318.46 10.50
GILL Gillam 56.38 265.36 66.68 331.54 11.54
TRO Troms0 69.66 18.94 66.64 102.90 21.10
KEV Kevo 69.76 27.01 66.32 109.24 21.36
TIX Tixi 71.59 128.78 65.65 196.9 02.26
CHD Chokurdakh 70.62 147.89 64.67 212.12 03.10
мен задержки колебаний геомагнитного поля между станциями, по которым определялось направление распространение волн. В табл. 1 показаны географические и геомагнитные координаты станций, а также местное магнитное время (МЕГ) наблюдения максимума цуга пульсаций.
3. ДАННЫЕ НАБЛЮДЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ СВ И ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ
В рассматриваемом событии 1.VIII.1998 на фоне резких изменений параметров СВ и ММП, которые мы в дальнейшем будем называть импульсами СВ, наземные станции зарегистрировали усиление длиннопериодных геомагнитных пульсаций в интервале времени 18.25—18.48 UT. Из суточных вариаций индексов авроральной активности AE и магнитной SYM-H (рис. 1) видно, что сильные возмущения геомагнитного поля начинаются около 16.00 UT и длятся несколько часов. Приход фронта неодноро
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.