научная статья по теме ОТКЛИК ДНЕВНЫХ СИЯНИЙ НА РЕЗКИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА ПРИ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ И ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ПОЛЯРНОСТИ BZ КОМПОНЕНТЫ ММП Геофизика

Текст научной статьи на тему «ОТКЛИК ДНЕВНЫХ СИЯНИЙ НА РЕЗКИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА ПРИ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ И ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ПОЛЯРНОСТИ BZ КОМПОНЕНТЫ ММП»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2009, том 49, № 6, с. 746-756

УДК 550.338.1

ОТКЛИК ДНЕВНЫХ СИЯНИЙ НА РЕЗКИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА ПРИ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ И ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ПОЛЯРНОСТИ

Bz КОМПОНЕНТЫ ММП

© 2009 г. В. Г. Воробьев, В. Л. Зверев, О. И. Ягодкина

Учреждение РАН Полярный геофизический институт КНЦ РАН, Апатиты (Мурманская обл.)

e-mail: vorobjev@pgia.ru Поступила в редакцию 14.05.2009 г.

Оптические наблюдения на о. Хейса (Ф' = 75.0°) использованы для изучения характеристик полярных сияний в околополуденном секторе MLT после резких увеличений динамического давления солнечного ветра при отрицательной и положительной полярности Bz компоненты ММП. При Bz < 0 обнаружено значительное усиление интенсивности эмиссий 427.8 нм и 557.7 нм как экваториальнее полосы дневного красного свечения, так и внутри нее. Величина отношения интенсивности эмиссий 1бзоо/15577 ~ 0.5 в максимуме красного свечения свидетельствует о высыпаниях энергичных электронов магнитосферного происхождения. При Bz > 0 в экваториальной части полосы красного свечения на мягкий спектр высыпающихся частиц наложились потоки более жестких (E > 1 кэВ) высыпающихся электронов. Предположительным источником этой части красной полосы является низкоширотный граничный слой (LLBL) на замкнутых силовых линиях геомагнитного поля, толщина которого оценена в ~3 Re. Увеличение интенсивности эмиссии 557.7 нм после SC/SI наблюдалось в течение 3—5 мин и сопровождалось смещением экваториальной границы красной полосы в более низкие широты. Величина смещения составляла ~150—200 км при резких увеличениях динамического давления в 3—5 раз. Увеличение интенсивности эмиссии 630.0 нм после SC/SI продолжалось в течение 16—18 мин. Предполагается, что время роста интенсивности красной линии соответствует времени насыщения граничных слоев магнитосферы частицами переходного слоя после резкого увеличения их концентрации.

PACS: 94.20. Ac, 94.30. Aa

1. ВВЕДЕНИЕ

Резкие изменения динамического давления солнечного ветра, регистрируемые на земной поверхности как SC или SI, сопровождаются увеличением интенсивности авроральных высыпаний и, как следствие, широким комплексом геофизических явлений, наблюдаемых в высокоширотной ионосфере. Наиболее ярко эти изменения проявляются в дневных полярных сияниях, которые крайне чувствительны к процессам, происходящим в солнечном ветре. Ещё в ранних исследованиях [Fairfield, 1968; Feldstein and Starkov, 1970] было показано, что в дневные часы овал сияний располагается в районе границы между разомкнутыми и замкнутыми силовыми линиями геомагнитного поля. На дневной магнитопаузе и в пограничных слоях магнитосферы протекают основные процессы передачи энергии солнечного ветра в магнитосферу Земли, которые находят свое отражение и в поведении дневного аврораль-ного свечения.

Характеристики полярных сияний в периоды SC исследовались многими авторами с помощью наземной и спутниковой аппаратуры [Воробьев,

1974, 1977; Ролдугин, 1974; Craven et al., 1986; Ege-land et al., 1994; Zhou and Tsurutani, 1999; Zhang et al., 2003; Zhou et al., 2003; Meurant et al., 2004; Ko-zlovsky et al., 2005; Воробьев и др., 2008 и др.]. По данным мировой сети фотографических камер всего неба в работах [Воробьев, 1974, 1977] было показано, что непосредственно после SC происходит кратковременное (3—8 мин) увеличение интенсивности дискретных форм полярных сияний как в ночном, так и в дневном секторах овала. В работе [Egeland et al., 1994] отмечено значительное усиление свечения эмиссий 630.0 и 557.7 нм в предполуденные часы в период SC. При этом отношение интенсивностей эмиссий I5577/I6300, которые были суммированы в интервале зенитных углов 0°—70°, значительно выросло, что свидетельствует об увеличении жесткости высыпающихся электронов. Воробьев и др. [2008] детально исследовали характеристики полярных сияний до и после SC, которое было обусловлено взаимодействием магнитосферы Земли с межпланетным магнитным облаком. Показано, что в утреннем секторе после SC наблюдается активизация сияний как в зоне мягких высыпаний, содержащих

дискретные формы сияний, так в области диффузного свечения экваториальнее овала.

По наблюдениям в ультрафиолетовой области спектра со спутника DE1 после SC было зарегистрировано увеличение интенсивности свечения во всем овале сияний в 2—3 раза [Craven et al., 1986]. Оптические наблюдения со спутников Polar и Image показали [Zhou and Tsurutani, 1999; Meurant et al., 2004], что после SC увеличение яркости сияний происходит сначала в полуденном секторе авроральной зоны, а затем яркое свечение распространяется в восточном и западном направлениях вдоль овала сияний. Временная эволюция энергии высыпающихся авроральных частиц после SC доложена в работе [Meurant et al., 2004]. Показано, что в полуденном секторе полная энергия вторгающихся частиц после SC увеличивается в несколько раз в течение первых 6 мин.

Таким образом, воздействие ударного фронта на магнитосферу Земли в первую очередь проявляется в дневном секторе. Из-за сильного схождения магнитно-силовых линий в относительно узкую по широте область ионосферы здесь проектируются такие магнитосферные образования как плазменная мантия (PM), полярный касп (PC), низкоширотный граничный слой (LLBL), плазменный слой (PS) и другие. Все или часть из этих областей в зависимости от уровня магнитной активности одновременно попадают в поле зрения оптической аппаратуры высокоширотных станций. Частицы, регистрируемые в этих областях космического пространства, имеют различные, но относительно плавно меняющиеся характеристики. Это затрудняет отождествление различных областей высыпаний по спектральным и морфологическим характеристикам дневного ав-рорального свечения. Не случайно в научной литературе отсутствует единство в понимании механизмов генерации различных типов дневных сияний. В связи с разнообразием точек зрения необходимы дополнительные аргументы для поддержания того или иного вывода. Такие аргументы могут быть получены при исследовании сияний в экстремальные периоды, в частности, при взаимодействии магнитосферы Земли с импульсами динамического давления солнечного ветра. Предполагаемая возможность по характеристикам полярных сияний определить область их маг-нитосферного источника и на базе этих знаний исследовать динамические процессы в системе солнечный ветер — магнитосфера — ионосфера делает актуальным изучение геофизических явлений в дневной высокоширотной области.

В свете очерченных выше задач целью настоящей работы и является детальное исследование отклика полярных сияний в околополуденном секторе на резкие увеличения динамического давления солнечного ветра, зарегистрированные

при различной ориентации межпланетного магнитного поля (ММП).

2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ

В работе использованы наблюдения полярных сияний, полученные с помощью меридионального сканирующего фотометра (MSP), спектрофотометра (СФУ) и фотографической камеры всего неба на обсерватории о. Хейса (HIS, Ф' =75.0°N; MLT = UT + 4.6). Сканирующий фотометр имел три отдельных канала с интерференционными фильтрами на основные авроральные эмиссии. Полный угол зрения каждого канала — 0.5°. Регистрация данных проводилась в аналоговом виде на многоканальный самописец. Уровень шума составлял ~10 R (Рэлей), чувствительность в эмиссии 557.7 нм ~40 R/мм. Время сканирования геомагнитного меридиана 8 с, режимы работы — 1 скан в 5 мин и 1 скан в минуту.

Спектрофотометр (СФУ) предназначен для исследования спектральных характеристик свечения в видимой области спектра от 360.0 до 680.0 нм. Прибор был ориентирован в магнитный зенит, угол зрения по высоте щели — 6°. Время записи спектрального интервала 50 с, разрешение по спектру ~1.2 нм, чувствительность в эмиссии 557.7 нм ~20 R/мм.

Фотографирование полярных сияний производилось с помощью стандартной фотографической камеры С-180 и фотографической установки "Аврора", снабженной объективом типа "рыбий глаз". Съемка производилась на черно-белую кинопленку с экспозицией 20 с.

3. АНАЛИЗ СОБЫТИЙ

В работе детально рассмотрено поведение полярных сияний в околополуденном секторе местного геомагнитного времени (MLT) в периоды резких изменений динамического давления солнечного ветра 18 декабря 1985 г. и 28 ноября 1989 г. при отрицательной и положительной полярности Bz компоненты ММП, соответственно.

3.1. Событие 1:18 декабря 1985 г. (Bz < 0)

По наземным наблюдениям внезапное начало (SC) было зарегистрировано в 06.47 UT. До SC наблюдался довольно длительный (несколько часов) магнитоспокойный период (AL > —60 нТл). Появлению SC соответствовало резкое увеличение индекса SYM-H от —2 нТл до 21 нТл в течение ~5 мин. Обсерватория HIS в момент SC располагалась в околополуденном секторе на меридиане ~11.20 MLT По данным спутника IMP-8 (координаты: XGsm - 14 Re, YGsm- -28 Re, ZGsm - -5 Re) во время SC компоненты ММП существенно не менялись и имели следующие значения: Bx - —4 нТл,

I, kR 4

0.5

1 a I 1

- 1 б I 1

в 1 1

06

07 UT

08

Рис. 1. Вариации интенсивности свечения полярных сияний в зените обс. о. Хейса в эмиссиях 557.7 нм, 630.0 нм и 427.8 нм 18 декабря 1985 г. по данным спектрофотометра. Вертикальная штриховая линия — момент ^С.

Ву « 3 нТл, Б1 ~ —3 нТл. Плотность частиц солнечного ветра (Ы) до составляла ~10 см-3 и быстро увеличилась до 43 см-3 во время SC. Одновременно несколько увеличилась и скорость солнечного ветра (V) от ~330 км/с до ~390 км/с. Соответственно и динамическое давление солнечного ветра (Р) резко выросло в течение 2-х мин от ~2 нПа в 06.43 иТ до ~11 нПа в 06.45 иТ. Таким образом, время запаздывания наземной регистрации 8С относительно начала роста Р, зарегистрированного спутником 1МР-8, составило ~4 мин.

На рис. 1 по данным СФУ показаны временные вариации интенсивности свечения полярных сияний в эмиссиях 557.7 нм (а), 630.0 нм (б) и 427.8 нм (в) в интервале 06.00-08.00 ЦТ. Вертикальной штриховой линией отмечен момент SC. До наблюдалось авроральное свечение небольшой интенсивности во всех трех эмиссиях. В эмис-

сиях 557.7 нм и 427.8 нм интенсивность свечения начала увели

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»