научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕРАЦИИ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ В СОБЫТИИ 25.VI.2008 Г Космические исследования

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕРАЦИИ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ В СОБЫТИИ 25.VI.2008 Г»

КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2015, том 53, № 2, с. 118-125

УДК 550.385.37

ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕРАЦИИ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ

ПУЛЬСАЦИЙ В СОБЫТИИ 25.VI.2008 г.

© 2015 г. А. В. Моисеев1, Д. Г. Баишев1, |Е. С. Баркова1!, А. Ду2, К. Юмото3

1Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН, г. Якутск 2Институт геологии и геофизики КАН, Пекин, Китайская Народная Республика 3Международный научно-образовательный центр изучения космической погоды,

Университет Кюсю, Япония moiseyev@ikfia.ysn.ru Поступила в редакцию 18.03.2013 г.

По данным наземных и спутниковых наблюдений рассмотрено событие генерации длиннопериод-ных геомагнитных пульсаций в диапазоне Рс5 25.VI.2008 в невозмущенных геомагнитных условиях. В спектрах колебаний в межпланетной среде, магнитосфере и на Земле выявлены два максимума в полосе 1.9—2.2 и 2.9—3.3 мГц. Пульсации с частотой 1.9—2.2 мГц были зарегистрированы во всех временных секторах от высоких до низких широт. Максимальная амплитуда колебаний регистрировалась в секторе долгот, совпадающим с положением области ионного форшока. Предполагается, что рассмотренное событие было обусловлено как вариациями динамического давления солнечного ветра, усиленными форшок-областью, так и прямым проникновением ультранизкочастотных волн из солнечного ветра в магнитосферу.

БО1: 10.7868/80023420615020053

1. ВВЕДЕНИЕ

Геомагнитные пульсации в диапазоне Pc5 (T = = 150—600 c) можно условно разделить на продолжительные, длительностью от нескольких часов, и сравнительно кратковременные — длительностью менее часа.

Источником первых, как правило, является неустойчивость Кельвина—Гельмгольца (К-Г) на магнитопаузе [1], развивающаяся вследствие взаимодействия высокоскоростных потоков солнечного ветра (СВ) с магнитосферой Земли. Вторые могут обусловлены импульсами динамического давления СВ (Pd) или его флуктуациями [2], а также вариациями межпланетного магнитного поля (ММП) вследствие пересоединения силовых линий. Импульсы Pd приводят к генерации внезапных геомагнитных импульсов SI, которые сопровождаются генерацией геомагнитных пульсаций в широком диапазоне частот. Вариации ММП могут инициировать кратковременные геомагнитные возмущения, например, flux transfer events (FTE) [3], traveling convection vortices (TCV) [4] и др. FTE и TCV события являются сравнительно локальными и регистрируются в дневном секторе на высоких широтах. Кроме того, известны события глобальных Pc5 пульсаций, обусловленные осцилляциями NBz токовой системы [5] или генерацией поверхностной волны из-за пересоединения [6]

Нами рассмотрено событие генерации всплеска геомагнитных пульсаций в диапазоне Pc5

25.VI.2008, зарегистрированного во всех временных секторах от высоких до низких широт в невозмущенных геомагнитных условиях. Условия в межпланетной среде и характеристики события не позволяют однозначно отнести его ни к одному из типов кратковременных возмущений, рассмотренных выше. В данной работе на основе пространственно-временных характеристик этого события мы постарались выяснить причину генерации пульсаций.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

Для исследования характеристик пульсаций использованы геомагнитные наблюдения следующих проектов: CPMN (http://denji102.geo. kyushu-u.ac.jp/denji/obs/cpmn/cpmn.acgi), THEMIS (http://themis.ssl.berkeley.edu/gmag_desc.shtml) IMAGE (http://www.geo.fmi.fi/image/index.html), Greenland coast chain (www.space.dtu.dk/Magnetic-GroundStations.aspx), а также данные наблюдений на спутниках WIND (http://wind.nasa.gov/) и THEMIS (http://themis.ssl.berkeley.edu). На рис. 1 приведена карта расположения используемых станций в геомагнитной системе координат. Координаты спутников в системе GSM в 12.10 UT: X = 260.47 Re, У= -34.03 RE, Z = 30.97 RE (WIND); X = 11.34 Re, У= 13.38 RE, Z = -7.86 RE (THEMISC); X = 6.24 Re, У = 3.66 Re, Z = -3.96 Re (THEMIS A), где Re — земной радиус.

12

18

180

24 MLT Рис. 1

3. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИИ

На рис. 2 показаны вариации ^-компоненты геомагнитного поля по данным высокоширотных станций 25.VI.2008. Из рисунка видно,что пульсации с периодом 7.5—9 мин были зарегистриро-

ваны в 12.10—12.50 UT на авроральных и субавро-ральных широтах во всех временных секторах, а также на станциях, которым соответствуют L-оболочки L ~ 2 и L ~ 9 (не показано). Максимальная амплитуда пульсаций ~30—40 нТл наблюдалась в авроральной зоне в секторе 15 MLT. Длительность наземных пульсаций составляла ~40 мин. Фазовые задержки колебаний на станциях в разных секторах MLT свидетельствуют об азимутальном распространении пульсаций (показано стрелками) в антисолнечном направлении на запад (восток) в дополуденном (послеполуденном) секторе со скоростью 10—40 км/c.

На рис. 3 представлены частотные спектры наземных пульсаций по данным ряда станций, приведенных на рис. 2. Из рис. 3 видно, что пульсации регистрировались в двух спектральных полосах 1.9—2.2 мГц (основной максимум) и 2.9—3.2 мГц (слабовыраженный максимум). На широтах Ф' = = 68°—73° в секторе 11.00-12.30 MLT видны максимумы на частотах 1.6, 2.5 мГц, однако пульсации на этих станциях (STF, SCO — рис. 2) наблюдались и до начала исследуемого события и, возможно, не имеют отношения к рассматриваемому в данной работе событию. Анализ спектров показал, что амплитуда пульсаций уменьшалась с геомагнитной широтой от 68°—73° до 59°—61°, а на широтах 54°—57° наблюдалось некоторое увеличение амплитуды колебаний. Следует отметить асимметричное распределение амплитуды пульса-

6

Рис. 2. Приведено МЫ станций в 12.30 иТ. Стрелками показано направление распространения пульсаций на запад (З), восток (В).

(а)

(в)

25000 20000 15000 10000 5000 3000

Ф'

30 73° MLT

2

/ *

£ я

--4

7.5

11 11

12.5

/ ' • у-'ч ----15.5 (S/10)

х /0. t V * V ' «I' V

/ ^^ -¿Sg- _ '' * I * " V"_3

(б)

Ф' = 63°—67°

2000

1000

1

■ ■ - 8

10.5

----15.5 (S/10)

21.5

1000

500

Ф' = 59° -61° MLT

0.7

/А 5.5

■ * (». * i » t 8.5

---15.5 (S/4)

/7 л 20

21.5

К' Ч'ч>

7

(г)

Ф' = 54°—57°

2000 -

1000

/, мГц

Рис. 3. Частотные спектры наземных пульсаций в 12.00—13.00 ЦТ. Разными линиями показаны спектры пульсаций в различных секторах МЕГ. Для спектральной плотности 5 некоторых станций применен понижающий коэффициент.

0

0

2

3

4

2

3

4

ций относительно полуденного меридиана (рис. 2, 3) с максимумом в секторе 15.00—15.30 MLT

На рис. 4 представлены данные наблюдений с 3-х секундной дискретизацией на спутниках WIND (черные линии, шкала слева) и THEMIS C (ThC) (серые линии, шкала справа). Спутник WIND (XGSM ~ 260 RE) находился в СВ, а ThC (^GsM ~ 11 Re) в области околоземной ударной волны. Данные WIND приведены со сдвигом ~71 мин, соответствующим времени распространения возмущения между спутниками. На рисунке показаны вариации модуля B и Bx-компонен-ты ММП (рис. 4а, б), плотности, скорости ионов и динамического давления СВ (рис. 4в—д), ß-па-раметра ионов и конусного угла — 9 (рис. 4е, ж).

Анализ рисунка показал, что в интервале регистрации геомагнитных пульсаций на обоих спутниках наблюдалось уменьшение модуля ММП (рис. 4а). Отношение AB/B для WIND составляло ~0.3, а для ThC ~0.5. Подобные вариации B и Bx ММП (рис. 4а,б) свидетельствуют о радиальной ориентации ММП. Плотность N и скорость Vx СВ

в интервале регистрации геомагнитных пульсаций изменялись в противофазе относительно В ММП, т.е. уменьшение модуля В соответствовало увеличению N Ух и наоборот (рис. 4а, в, г). Значения Ух ~ 390 км/с соответствовали невозмущенному СВ. Отмечались небольшие вариации динамического давления СВ (ЬРй/Рй ~ 0.1, рис. 4д). Уменьшение В сопровождалось увеличением Р-параметра ионов, равного отношению магнитного давления к тепловому (рис. 4е). Значения угла 9 между направлением ММП и линией Земля-Солнце изменялись в диапазоне 20°-90° (рис. 4ж). Считается, что при значениях 9 < 45° в области околоземной ударной волны образуется форшок-область, заполненная энергичными частицами, отраженными от фронта ударной волны [7]. В интервалах 12.05-12.11 и 12.47-12.51 ЦТ на ТкС регистрировалась высокочастотная волновая активность, типичная для форшок-области. Незначительное изменение электронных потоков по сравнению с ионными (не показано) указывают на то, что ТИС находился на границе ионной фор-шок-области. Изменения 9 в широком диапазоне

ч Н Я

£ я

<3

о

о

WIND

6

""V-u.

4

380 S -390 400

ce

С

я

S3"

са

л

2.7 2.4 2.1

6 3

75 50 25

(а)

1 1 r-v^v i i i (б)" ÍSft^W-y—---f— Г. . -

- Y i i 1 1 ' 1 "

\f i i 1 1 1

^fAMí _ i i i i i

>JVM 1 1

" hill ! (ж)-

- j Jr i ' i i i i

ThC

8 6 4 2

ThA

6 3

75 50 25

£ 72 Н 68

64

60

60

ч Н Я

¿I 50 s 40

5 0

5

6 4 2

PQ

о

1 1 1 i (а)-i4—

Í^WOrsj (б)" i i

lili (в)_____ - i

SM Jl|\rr i (г)"

- ' Wt^-*--- -

i iiii"

ThC

ч н я

2 <3

-2.0

-2.5

-3.0 8 7 6 5

12.00 .10

.20 .30

.40

.50 13.00 UT

12.00 .10 .20 .30 .40 .50 13.00

UT

Рис. 4. Вариации параметров межпланетной среды.

свидетельствуют о пространственных изменениях ионной форшок-области в интервале наблюдения геомагнитных пульсаций.

На рис. 5 представлены данные спутниковых наблюдений в СВ (ТИС, серые линии, шкала справа) и во внутренней магнитосфере на расстоянии ~6 Яъ (ТИА, черные линии, шкала слева), приведены вариации модуля В, Вх, Вг-компонент магнитного поля и Ех-компоненты электрического поля (рис. 5а, б, в), а также плотности ионов на обоих спутниках (рис. 5г).

Из рис. 5а, б, в следует, что в СВ и в магнитосфере в интервале наблюдения геомагнитных пульсаций регистрировались вариации магнитного и электрического полей (хорошо выраженные в Ех-компоненте электрического поля). Задержка начала колебаний ~2 мин (рис. 5в) на ТИА — во внутренней магнитосфере, относительно ТИС, находившегося в СВ в области фронта околоземной ударной волны, соответствует скорости распространения ~595 км/с, в ~1.5 раза превышающей скорость СВ. Подобие Вг-компо-ненты (ТИА), Вх-компоненты (ТИС) и модуля В ТИС, ТИА (рис. 5а,б), и противофазное с магнит-

Рис. 5. Вариации модуля В, Вх, Вг — компонент магнитного поля в СВ.

ным полем изменение плотности и скорости ионов в

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»