ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2014, том 54, № 1, с. 36-42
УДК 550.385.37
ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОДНОВРЕМЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ОНЧ ИЗЛУЧЕНИЙ В ДВУХ БЛИЗКО РАСПОЛОЖЕННЫХ ПУНКТАХ
В АВРОРАЛЬНЫХ ШИРОТАХ
© 2014 г. Ю. Маннинен1, Ю. В. Федоренко2, Н. Г. Клейменова3, 4, О. В. Козырева3, 4, А. С. Никитенко2
Геофизическая обсерватория Соданкюля, Финляндия 2Полярный Геофизический институт КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия 3Институт физики Земли РАН, г. Москва, Россия 4Институт космических исследований РАН, г. Москва, Россия e-mail: jyrki.manninen@sgo.fi Поступила в редакцию 02.07.2013 г.
Впервые выполнены одновременные наблюдения ОНЧ излучений в авроральных широтах (L = 5.3) в двух точках, расположенных на близких геомагнитных широтах и разнесенных по долготе на 400 км: финской станции Kannuslehto (Ф = 64.2°) и российской обс. Ловозеро (Ф = 64.1°). Использовалась регистрирующая аппаратура с близкими частотными характеристиками. Первые результаты сопоставления одновременных наблюдений показали, что в подавляющем числе случаев всплески ОНЧ излучений в обеих точках начинались синхронно с одинаковой, чаще правой поляризацией магнитного поля ОНЧ волн, что может свидетельствовать о больших размерах области выхода ОНЧ волн из ионосферы. Подробно обсужден одновременный всплеск квазипериодических ОНЧ излучений 02 февраля 2013 г., наблюдавшийся во время суббури в 23—24 UT. Кроме того, были зарегистрированы ОНЧ всплески, наблюдавшиеся только в одной точке, как, например, появление лево-поляризованных периодических излучений (РЕ) в полосе 2.5—4.0 кГц с периодом повторения 3—4 с.
DOI: 10.7868/S0016794014010088
1. ВВЕДЕНИЕ
Очень низкочастотные (ОНЧ) излучения — это естественные электромагнитные колебания в диапазоне частот между гирочастотами ионов и электронов, т.е. в диапазоне от сотен Гц до первых десятков кГц. Основными типами ОНЧ излучений, возбуждающихся в магнитосфере, являются шумовые излучения, называемые шипениями (hiss), дискретные излучения — хоры (chorus) и квазипериодические (QP) излучения [Helliwell, 1965]. Большая часть ОНЧ волн — это результат развития циклотронной неустойчивости в радиационных поясах Земли. Наиболее полный количественный и самосогласованный теоретический подход к взаимодействию волн и частиц в околоземной плазме с учетом обратных связей и внутренней нелинейности системы изложен в монографии Трахтенгрца и Райкрофта [2011] и цитируемых там работах.
Наземная регистрация ОНЧ излучений в настоящее время проводится лишь в очень ограниченном числе пунктов, один из которых расположен в авроральных широтах северной Скандинавии вблизи финской геофизической обсерватории Соданкюля. Здесь достаточно регулярно проводятся кампании по регистрации ОНЧ излучений,
некоторые результаты которых опубликованы в ряде работ, например [Клейменова и др., 2011; Маннинен и др., 2012, 2013; Manninen et al., 2012, 2013]. При регистрации ОНЧ излучений используются две взаимно перпендикулярные вертикальные рамочные антенны, что позволяет проводить пеленгацию направления прихода ОНЧ волн и строить эллипсы поляризации волн. Описание регистрирующей аппаратуры и принципы методов анализа приведены в работе [Manninen, 2005]. Очередная кампания проводилась с некоторыми перерывами с декабря 2012 г. по апрель 2013 г. вблизи пункта Kannuslehto (KAN, географические координаты: ф = 67.74° N и X = 26.27° Е, исправленная геомагнитная широта Ф = 64.2°), расположенного в 35 км к северо-западу от обс. Соданкюля.
Другой наземной точкой непрерывной регистрации ОНЧ излучений в настоящее время является российская обсерватория Ловозеро (LOZ, географические координаты: ф = 67.97° N и X = = 35.02° Е, исправленная геомагнитная широта Ф = 64.1°), расположенная в 400 км к востоку от обс. Соданкюля. Регулярная регистрация ОНЧ излучений начата в Ловозеро в ноябре 2012. Наблюдения проводятся с помощью разработанной и изготовленной в ПГИ аппаратуры, позволяю-
щей также определять углы прихода сигнала по данным регистрации трех компонент поля ОНЧ излучений, как это описано в ряде работ, например [Okada et al., 1977; Hirrari and Hayakawa, 1999].
Метод определения углов прихода ОНЧ волн основан на предположении о том, что электромагнитная ОНЧ волна у земной поверхности достаточно хорошо описывается приближением плоской волны, а земная поверхность предполагается бесконечно проводящей плоскостью. В этом случае задача локализации области выхода ОНЧ волн из ионосферы сводится к определению направляющих косинусов волновой нормали и ее проекции на нижнюю ионосферу. Для регистрации магнитных компонент поля ОНЧ волн в обс. Лово-зеро использованы две перпендикулярные прямоугольные вертикальные рамочные антенны. Некоторые технические детали регистрирующей аппаратуры приведены в работе [Filatov et al., 2011].
Несмотря на некоторые технические различия в применяемой аппаратуре, общие характеристики регистрирующей аппаратуры в KAN и LOZ практически одинаковы.
Целью данной работы является проведение сопоставления результатов первых одновременных ОНЧ наблюдений в KAN и LOZ, что позволяет, прежде всего, исследовать долготные особенности ОНЧ излучений в авроральных широтах.
2. СОПОСТАВЛЕНИЕ ОДНОВРЕМЕННЫХ
ОНЧ НАБЛЮДЕНИЙ В ДВУХ ТОЧКАХ
Предварительный анализ данных одновременных ОНЧ наблюдений в KAN и LOZ за февраль-март 2013 г. показал, что в подавляющем большинстве числа случаев всплески ОНЧ излучений (типа хоров и квазипериодических излучений) в обоих пунктах наблюдались синхронно с одинаковым (чаще правым) вращением вектора поляризации магнитного поля волн, определяемым из матрицы ковариации компонент по терминологии работы [Means, 1972]. Как правило, большинство всплесков ОНЧ излучений в обеих точках регистрировались в одной и той же полосе частот с подобной спектральной структурой. Наиболее характерным это было для всплесков ОНЧ хоров в возмущенное время в ранние утренние часы, как, например, 21 марта 2013 г. в 02-03 UT и 29 марта 2013 г. в 04-06 UT.
Одновременность появления всплесков ОНЧ излучений в KAN и LOZ отмечалась также и в случае квазипериодических ОНЧ излучений, наблюдаемых, не только в типичные для них дневные, но и в ночные часы. В качестве примера рассмотрим такой ночной одновременный всплеск квазипериодических ОНЧ излучений, зарегистрированный 1 февраля 2013 г. во время геомагнитной суббури в интервале 23-24 UT (рис. 1а).
На графиках показана общая (Т) интенсивность ОНЧ излучений, интенсивность право-поляризованных (R) и лево-поляризованных (L) волн. Многочисленные горизонтальные полосы на графиках - излучения промышленных линий электропередач и их гармоники. На приведенных рисунках степень почернения пропорциональна интенсивности волн. Отметим, что спектрограммы, построенные в цветном изображении, выглядят значительно выразительнее, чем приведенный на рисунке их черно-белый вариант. Несмотря на это, четко видно, что в обеих точках всплеск ОНЧ излучений начался одновременно с подобным дискретным квазипериодическим спектром волн одинакового частотного диапазона и его одинаковой динамикой (спектр излучений со временем перемещался в более высокочастотную сторону). ОНЧ волны, особенно в начале всплеска, были преимущественно право-поляризованными.
На рисунке 1б приведены магнитограммы нескольких станций скандинавского профиля IMAGE, из которых видно, что в обсуждаемый интервал времени была зарегистрирована магни-тосферная суббуря с резким началом около 23.10 UT. Всплеск ОНЧ излучений в обеих точках начался в 23.14 UT, т.е. после резкого скачкообразного возрастания интенсивности электроструи и начала ее движения к северу, что четко видно по динамике Z компоненты геомагнитного поля.
В ~23.34 UT ОНЧ излучения в LOZ внезапно прекратились, однако в KAN такого резкого прекращения генерации ОНЧ волн не наблюдалось. Хотя интенсивность право-поляризованных волн в KAN в это время заметно уменьшилась, но генерация ОНЧ волн продолжалась в виде последовательности дискретных квазипериодических, но уже лево-поляризованных излучений на более высоких частотах, т.е. в полосе ~3.0-4.5 кГц. Заметим, что именно в это время в обс. Соданкюля (SOD) наблюдалось небольшое возрастание (до 0.7 дБ) риометрического поглощения (эти данные здесь не приводятся), свидетельствующее об усилении потока высыпающихся энергичных электронов.
На рисунке 2 приведены три 1-мин спектрограммы ОНЧ волн в 23.20, 23.29 и 23.41 UT, демонстрирующие динамику дискретной структуры обсуждаемых квазипериодических ОНЧ излучений. Видно, что спектрограммы первых двух интервалов в KAN и LOZ практически одинаковые, однако в первом интервале интенсивность сигнала в LOZ несколько выше, чем в KAN, а во втором интервале наблюдается обратная ситуация: интенсивность волн в LOZ несколько ниже, чем в KAN. Это может быть интерпретировано, как нахождение области выхода ОНЧ волн из ионосферы в первом интервале ближе к LOZ, чем
01.02.2013 г.
1
23:00 R 5
23:20
23:40
£3
1
_-_i
23:00 L 5
23:20
23:40
LOZ
Z 3
w
1
24:00 23:00 R 5
23:20
23:40
24:00
Z 3
w
!;MHflí
m
Й3
2 -
1
24:00 23:00 L 5
23:20
23:40
24:00
1
23:00
23:20 23:40
UT
24:00 23:00
23:20 23:40
UT
24:00
а
4
2
4
4
2
2
4
Рис. 1. Спектрограммы квазипериодических ОНЧ излучений в KAN и LOZ 01 февраля 2013 г. (а), Т - общая интенсивность, R - интенсивность право-поляризованных волн, L - лево-поляризованных волн; (б) магнитограммы некоторых станций скандинавского профиля IMAGE.
X б Z
BJN (71.3°)
22
23 UT
BJN
MAS
MUO
SOD
PEL
OUJ
00 22
Рис. 1. Окончание.
MAS (66.1°) MUO (64.6°)
SOD (63.8°) PEL (63.5°)
OUJ (60.9°)
23 UT
00
к KAN, и обратная ситуация во втором. Можно предположить, что в случае неподвижного источника в магнитосфере и точки выхода волн из ионосферы это может быть объяснено суточным вращением Земли, когда под проекцию точки выхода волн из ионосферы сначала попадает восточная станция (LOZ), а затем западная (KAN). Однако для подтверждения этого предположения следует провести детальное исследование направления прихода волн и его временные вариации в обеих точках. В принципе, система регистрации ОНЧ волн в KAN и LOZ позво
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.