УДК 523.72:550.385.27
ПОЛЯРНАЯ ЭКСПАНСИЯ СУББУРЕВОГО ЗАПАДНОГО ЭЛЕКТРОДЖЕТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПАРАМЕТРОВ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА И МЕЖПЛАНЕТНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
© 2008 г. И. В. Дэспирак1, А. А. Любчич1, Х. К. Бирнат2, А. Г. Яхнин1
Полярный геофизический институт, КНЦРАН, Апатиты (Мурманская обл.)
2Институт космических исследований, Грац, Австрия
e-mail: despirak@pgi.kolasc.net.ru
Поступила в редакцию 09.04.2007 г. После доработки 24.09.2007 г.
В работе исследуется влияние межпланетных параметров на широтное положение суббуревого западного электроджета. Для этой цели использованы данные цепочки магнитных станций IMAGE, спутника POLAR и спутника WIND для периода, близкого к минимуму солнечной активности (1995—1996 г.) и для периода максимума солнечной активности (2000 г.). Показано, что при большей скорости солнечного ветра и при большей величине южной компоненты ММП, (Bs), полярная кромка электроджета достигает, в среднем, более высоких широт. Показано, что с ростом скорости солнечного ветра средняя широта центра западного электроджета увеличивается, а с ростом южной компоненты ММП уменьшается, что, в частности, приводит к тому, что при больших значениях южной компоненты ММП центр электроджета не наблюдается на высоких геомагнитных широтах.
PACS: 94.20. Ac, 96.12. Hg
1. ВВЕДЕНИЕ
Магнитные возмущения во время суббури связаны с формированием струйных токов — авро-ральных электроджетов, восточного и западного направления [Физические основы..., 1977]. Динамика, интенсивность и местоположение элек-троджетов, их связь с различными фазами суббури исследовались в 70-х годах прошлого века. [Troshichev et al., 1974; Pudovkin and Troshichev, 1972; McPherron et al., 1973; Kisabeth and Rostoker, 1974; Rostoker, 1969; Gizler et al., 1976]. Было показано, что эквивалентная токовая система типичной суббури является суперпозицией двух токовых систем: DP12, содержащей два электроджета (западный и восточный) в утреннем и вечернем секторах авроральной зоны, эта система связана, в основном, с предварительной фазой суббури и фазой восстановления, и DP11 с одним электрод-жетом — западным — в ночном секторе аврораль-ной зоны, который появляется на взрывной фазе развития суббури и движется (расширяется) к полюсу вслед за расширяющейся авроральной выпуклостью [Pudovkin and Troshichev, 1972; Troshichev et al., 1974; Kisabeth and Rostoker, 1974; Рахматулин и др., 1979]. Смещение полярной границы электроджета к полюсу происходит как серия дискретных скачков [Wiens and Rostoker, 1975], так же как и распространение к полюсу полярной границы авроральной выпуклости происходит через серию микросуббурь и интенсифика-
ций [Сергеев и Яхнин, 1979]. Так как западный электроджет во время взрывной фазы неоднороден [Pudovkin et al., 1995] и занимает достаточно большую область в пространстве, то его положение можно характеризовать с помощью центра "тяжести" — области наиболее интенсивных ионосферных токов [например, Kisabeth and Rostoker, 1974]. Широтное положение центра электроджета определяется как граница между положительными и отрицательными вариациями Z-компоненты магнитного возмущения или как широта наибольшего отрицательного возмущения в ^-компоненте. В работе [Рахматулин и др., 1979] было проведено сравнение движения центра электроджета и полярной кромки сияний во время суббури и показано, что центр электроджета движется к полюсу с запаздыванием относительно движения полярной кромки сияний.
Иногда во время суббури происходит распространение западного электроджета до аномально высоких геомагнитных широт. Такие события изучались в ряде работ [Gupta and Loomer, 1979; Loomer and Gupta, 1980; Papitashvili et al., 2002; Сергеев и др., 1979; Дмитриева и Сергеев, 1984]. В этих работах положение центра электроджета не контролировалось, появление западного электроджета на высоких широтах определялось по наличию геомагнитных бухтообразных возмущений на высокоширотных станциях. Было показано, что признаки западного электроджета на высоких
Таблица 1. Координаты используемых в работе станций IMAGE
Международный код Название Географическая Геомагнитная
широта, град долгота, град широта, град долгота, град
NAL Ny Alesund 78.92 11.95 75.25 112.08
LYR Longyearbyen 78.20 15.82 75.12 113.00
HOR Hornsund 77.00 15.60 74.13 109.59
BJN Bear Island 74.50 19.20 71.45 108.07
SOR Soroya 70.54 22.22 67.34 106.17
MAS Masi 69.46 23.70 66.18 106.42
MUO Muonio 68.02 23.53 64.72 105.22
PEL Pello 66.90 24.08 63.55 104.92
OUJ Oulujarvi 64.52 27.23 60.99 106.14
HAN Hankasalmi 62.30 26.65 58.71 104.61
NUR Nurmijarvi 60.50 24.65 56.89 102.18
широтах наблюдаются, преимущественно, в годы минимума солнечной активности.
Вопрос о влиянии межпланетных параметров на распространение западного электроджета до высоких широт рассматривался в работах [Сергеев и др., 1979; Дмитриева и Сергеев, 1984]. Эти авторы показали, что определяющим фактором для наблюдения западного электроджета на высоких широтах является скорость солнечного ветра: чем больше скорость, тем выше широта, до которой распространяется электроджет. Однако в работе [Дмитриева и Сергеев, 1984] отмечается, что магнитные возмущения, соответствующие западному электроджету, на высоких широтах могут наблюдаться и при небольших скоростях солнечного ветра, но для этого требуются большие отрицательные значения ^-компоненты межпланетного магнитного поля (ММП). Можно предположить, что на максимальную широту электроджета влияет электрическое поле солнечного ветра, точнее, его
У-компонента, Еу = - - [V х Б]г.
с
Цель данной работы — исследовать влияние межпланентных параметров на широтное положение центра электроджета и его полярного края, сравнить их положение с полярной кромкой ав-роральной выпуклости, определить, какое влияние оказывают на широтное положение различных характеристик электроджета параметры солнечного ветра. Мы проанализируем суббури, которые наблюдались в течение 1995 г. (год вблизи минимума солнечной активности) и 2000 г. (год максимума солнечной активности) и начинались
на широтах авроральной зоны. Из рассмотрения были исключены те суббури, которые начинались на высоких широтах, так называемые "суббури на сжатом овале", которые наблюдаются при Б1 > 0. В нашей работе исследуется влияние на положение западного электроджета трех межпланетных параметров: скорости солнечного ветра Ух, южной компоненты межпланетного магнитного поля Бж (Бз = 0 при Б1 > 0 и Бж = —Бz при Б1 < 0) и их произведения, характеризующего направленную с утра на вечер компоненту электрического поля Еу. Эти параметры выбраны потому, что, как известно, южная компонента межпланетного магнитного поля и скорость солнечного ветра, а также различные комбинации этих параметров, являются геоэффективными параметрами, например [Пудовкин и др., 1980; Ширман, 1980].
2. ДАННЫЕ И МЕТОДЫ ИХ ОБРАБОТКИ
Для изучения перемещения по широте суббуревого западного электроджета использовались данные наземных магнитометров цепочки станций IMAGE, а именно, меридиональной цепочки NUR-NAL (Nurmijarvi - Ny Alesund) от 56.89° до 75.25° геомагнитной широты. Координаты станций представлены в табл. 1. Для контроля положения полярного края авроральной выпуклости были использованы данные прибора UVI спутника Polar. Характеристики солнечного ветра и межпланетного магнитного поля определялись по данным спутника WIND (данные приборов SWE и MFI с одноминутным разрешением).
При обработке данных наземных магнитных станций IMAGE широта центра западного элек-троджета определялась по меридиональному распределению Z-компоненты возмущения магнитного поля. Это обычный метод определения центра западного тока по магнитограммам, который используется достаточно давно, например, [Kisa-beth and Rostoker, 1974; Рахматулин и др., 1979]. К экватору от центра электроджета Z-компонента магнитного поля должна уменьшаться, к полюсу — возрастать. Широта центра электроджета определялась как среднее значение геомагнитных широт станций, между которыми наблюдалась смена знака Z-компоненты. Заметим, что станции расположены неравномерно по широте и, соответственно, измерения широты электроджета были дискретны и определены с разной точностью (в зависимости от расстояния между соседними станциями точность составляет 0.5°—1.5°). Для того чтобы провести сравнение широтного положения полярной кромки электроджета и его центра во время взрывной фазы суббури, с помощью программы расчета ионосферных токов строился меридиональный профиль электроджета. Метод расчета подробно описан в работе [Котиков и др., 2001]. Он состоит в разделении поля возмущений на вариации, обусловленные внешними и внут-
ренними источниками. С помощью этого метода была получена карта изолиний плотности токов в координатах: исправленная геомагнитная широта — мировое время для нескольких суббурь. Положение полярного края суббуревого западного электроджета по этой карте определяется как положение изолинии западного тока, которая превышает на 20% уровень интенсивности западного тока перед суббурей, а центр западного электроджета — как положение западного тока максимальной интенсивности. Отметим, что широты центра электроджета, полученные с помощью программы расчета ионосферных токов и по магнитограммам, совпадают с точностью до градуса.
Методика обработки данных спутника Polar состояла в следующем. По изображениям сияний, спроектированным на карту (в геомагнитных координатах), определялись их положения в начале суббури и в максимуме авроральной экспансии. Широты экваториальной и полярной кромки сияний определялись по уровню светимости в эмиссии LBHL (1600—1800 А), превышающему на 25% уровень светимости аврорального овала до начала взрывной фазы суббури.
Одноминутные значения параметров солнечного ветра спутника WIND усреднялись за двух-
Ф,град
_I_I_I_I_U_I_l_J_I_
17:00 17:30 18:00 18:30
Рис. 1. Изолинии плотности ионосферных токов для суббури 10 декабря 1996 г. Символами "+" показано положение полярной кромки сияний, определенное по данным спутника Polar.
Ф, град + (Lm), ♦ (Lo) - сияния
85 г (Lf), • (LS) — электроджет
+
фа
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.