УДК 523.72:550.385.27
"ПОЛЯРНЫЕ" И "ВЫСОКОШИРОТНЫЕ" СУББУРИ И УСЛОВИЯ В СОЛНЕЧНОМ ВЕТРЕ
© 2014 г. И. В. Дэспирак1, А. А. Любчич1, Н. Г. Клейменова2
Полярный геофизический институт КНЦРАН; г. Апатиты (Мурманская обл.)
2Институт физики Земли РАН, г. Москва. e-mail: despirak@gmail.com Поступила в редакцию 25.03.2014 г.
Все наблюдающиеся на высоких широтах суббуревые возмущения можно разделить на два типа — "полярные", наблюдающиеся только на геомагнитных широтах выше 70° при отсутствии суббурь ниже 70° и "высокоширотные" суббури, перемещающиеся из авроральных (<70°) в полярные (>70°) геомагнитные широты. Целью исследования было сравнить условия в межпланетном магнитном поле (ММП) и солнечном ветре, при которых наблюдаются эти два типа суббурь. Для этой цели были использованы данные меридиональной цепочки магнитометров IMAGE и данные базы OMNI за 1995, 2000, 2006—2011 годы. Было исследовано 105 "полярных" и 55 "высокоширотных" суббурь. Показано, что "полярные" суббури наблюдаются при низкой скорости солнечного ветра после прохождения высокоскоростного рекуррентного потока, на поздней восстановительной фазе геомагнитной бури. "Высокоширотные" суббури, наоборот, наблюдаются при высокой скорости солнечного ветра, повышенных значениях Bz компоненты ММП, Ey компоненты электрического поля, температуры и давления солнечного ветра, во время прохождения мимо Земли высокоскоростного рекуррентного потока.
DOI: 10.7868/S0016794014050046
1. ВВЕДЕНИЕ
Известно, что во время взрывной фазы суббури сияния и западный электроджет движутся к полюсу [Akacofy, 1964; Troshichev et al., 1974; Kisa-beth and Rostoker, 1974]. При этом распространение к полюсу полярной границы сияний происходит через серию микросуббурь и интенсифика-ций, так же как и смещение полярной границы электроджета к полюсу происходит как серия дискретных скачков [Wiens and Rostoker, 1975; Ser-geev and Yahnin, 1979]. Иногда суббуревые возмущения распространяются до аномально высоких геомагнитных широт. Суббури, наблюдающихся на высоких геомагнитных широтах, разделим на два разных типа — "полярные" и "высокоширотные" суббури. В первом типе суббурь возмущение начинается на геомагнитных широтах выше 71°, и далее наблюдается его распространение к полюсу, причем на широтах ниже 70° геомагнитные возмущения отсутствуют. Такие суббуревые возмущения были названы "полярными" суббурями [Клейменова и др., 2012]. Второй тип суббурь начинается на широтах авроральной зоны, далее происходит распространение возмущений к полюсу, и в максимуме развития суббури западный электроджет (или "центр" западного электроджета) перемещается на очень высокие геомагнитные широты (>75°). Такие суббуревые возмущения были названы "высоко-
широтными" суббурями [Сергеев и др., 1979; Yahnin et al., 2004; Дэспирак и др., 2008].
Первый тип суббурь, т.е. "полярные" суббури, когда все возмущения сосредоточены в узкой широтной области, вблизи полярной шапки, обычно происходят при низкой геомагнитной активности, когда овал полярных сияний "сжат" и сдвинут к полюсу [Feldstein and Starkov, 1967]. Такие суббуревые возмущения часто называют "суббурями на сжатом овале". Исследования [Akasofy et al., 1971, 1973; Lui et al., 1975, 1976; Петрукович, 2003] показали, что "суббури на сжатом овале" не отличаются от обычных суббурь по своим характеристикам, как в ионосфере, так и в магнитосферном хвосте, и обычно происходят при северном направлении Bz компоненты ММП.
Второй тип суббурь, т.е. "высокоширотные" суббури, начинаются в авроральной зоне и затем распространяются до высоких широт, [Akacofy, 2004; Gupta and Loomer, 1979; Loomer and Gupta, 1980; Doolittle et al., 1998; Kuznetsov et al., 2001; Mende et al. 1999; Weatherwax et al., 1997; Gussen-hofen, 1982]. При этом не было найдено различий в характеристиках между "высокоширотными" и обычными суббурями, однако было показано, что определяющим фактором для появления "высокоширотных" суббурь является скорость солнечного ветра. Чем выше скорость, тем больше широта, до которой распространяется суббуря [Дмитриева и
Сергеев, 1984]. "Высокоширотные" суббури наблюдаются, в основном, в период минимума солнечной активности, когда преобладают высокоскоростные рекуррентные потоки из корональ-ных дыр [Сергеев и др., 1979; Дмитриева и Сергеев, 1984]. Во время максимума солнечной активности, когда преобладают потоки, связанные с корональными выбросами массы (CME), "высокоширотные" суббури наблюдаются редко [Дэспирак и др., 2008; Despirak et al., 2009]. "Высокоширотные" суббури регистрируются также во время прохождения областей сжатой плазмы на фронтах потоков солнечного ветра, так называемых Sheath и CIR областей [Despirak et al., 2011; Дэспирак и др., 2014]. Однако эти суббури дают небольшой вклад в статистику наблюдения суббурь на высоких широтах, так как длительность Sheath и CIR областей мала по сравнению с длительностью высокоскоростных рекуррентных потоков солнечного ветра.
Целью нашей работы является сопоставление условий в межпланетной среде, при которых наблюдаются "полярные" и "высокоширотные" суббури.
2. ДАННЫЕ
Использовались данные цепочки магнитных станций IMAGE для периодов 1995, 2006—2011 гг., близких к минимуму солнечной активности, и для периода максимума солнечной активности (2000 г.). Характеристики солнечного ветра и межпланетного магнитного поля определялись по данным базы OMNI. За периоды 1995, 2000, 2006—2011 гг. было выбрано и проанализировано 160 случаев наблюдения суббурь на высоких геомагнитных широтах, из них 105 случаев "полярных" суббурь и 55 случаев "высокоширотных" суббурь. Для изучения смещения по широте суббуревого западного электроджета использовались данные наземных магнитометров цепочки станций IMAGE, а именно, меридиональной цепочки NUR—NAL (Nurnijarvi—Ny Alesund) от 56.89° до 75.25° геомагнитной широты. Для построения широтного профиля западного электроджета использовалась система MIRACLE (http://www.space.imi.ii/MIRACLE/).
Пример наблюдения "полярных" и "высокоширотных" суббурь на цепочке станций NUR— NAL представлен на рис. 1. Слева, на рис. 1а, представлены вариации в Х-компоненте магнитного поля 6 января 2007 г., когда наблюдалось 3 "полярных" суббури: в 17:15, 20:00 и 22:50 UT Видно, что во всех трех случаях возмущения начинались на ст. BJN и далее распространялись к полюсу — до ст. NAL, при этом на более низких широтах возмущения отсутствовали. Справа, на рис. 1б, представлены вариации в Х-компоненте магнитного поля 3 января 1995 г., когда в 21:35 UT наблюдалась "высокоширотная" суббуря, разви-
тие которой указано на рис. 1б. Отметим, что в этом событии распространение возмущения наблюдалось до высокоширотной станции NAL, где располагался "центр" западного электроджета. Хотя на рис. 1 Z-компонента магнитного поля не представлена, распространение электроджета по широте можно проследить по данным системы MIRACLE (рис. 1в и 1г). Видно, что западный элек-троджет перемещался к полюсу от 68° до 78° географической широты. Понятие "центр" западного электроджета (область наиболее интенсивных токов) часто используется для определения широтного положения электроджета, так как во время взрывной фазы суббури западный электроджет занимает большую область в пространстве и может быть неоднородным [Pudovkin et al., 1995]. Подробно метод определения положения "центра" электроджета описан в работе [Дэспирак и др., 2008].
Напомним, что в данной работе "высокоширотными" считаются суббури, у которых начало возмущения отмечается в авроральной зоне, а во время максимальной фазы суббури "центр" западного электроджета наблюдается на станциях LYR или NAL, т.е. на 75.12° (78.9°) или 75.25° (78.2°) геомагнитной (географической) широты.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ
Оба типа суббурь — "полярные" и "высокоширотные" — были сопоставлены с межпланетными условиями: наличием или отсутствием высокоскоростных потоков солнечного ветра, наличие геомагнитной бури и т.д. Примеры рассматриваемых событий представлены на рис. 2.
На рисунке 2 показаны данные о параметрах солнечного ветра и межпланетного магнитного поля (ММП) для 2-х высокоскоростных потоков: 1—6 января 2007 г. и 2—8 января 1995 г. Высокоскоростные потоки (RS) выделены в обоих случаях серыми прямоугольниками. На эти данные по солнечному ветру и ММП наложены моменты начала "высокоширотных" и "полярных" суббурь по данным станций цепочки IMAGE, которые отмечены вертикальными сплошными и пунктирными линиями, соответственно. На рисунке 2а представлен пример условий в солнечном ветре, когда наблюдались "полярные" суббури, а на рисунке 2б — когда наблюдались "высокоширотные" суббури. В первом случае (1—6 января 2007 г.) "полярные" суббури были 5, 6, 7 и 8 января, т.е. в конце высокоскоростного потока и после него, когда скорость солнечного ветра спадает от высоких значений к низким. Сплошной линией показана также одна "высокоширотная" суббуря, которая наблюдалась 3 января 2007 г. На рисунке 2б представлен пример условий в солнечном ветре, когда наблюдались "высокоширотные" суббури. Они были 2, 3 и 7 января, т.е. во время прохождения самого высокоскоростного потока 2—8 янва-
20070106
—
NAL
LYR
HOR
BJN
SOR
MAS
MUO
PEL
OUJ
HAN
NUR
TAR
12
16 20 UT
NAL
LYR
HOR
BJN
SOR
MAS
MUO
PEL
OUJ
HAN
NUR
24
12
16 20 UT
24
20070106
19950103
80
70
60
80
70
60
12 16 20 24 12 16 20 24
UT UT
Рис. 1. Примеры наблюдения "полярной" и "высокоширотной" суббурь. Слева: (а) — магнитограммы (Х-компонента) меридиональной цепочки станций IMAGE TAR—NAL за 06 января 2007 г., в интервале 12—24 UT. (в) — положение западного электроджета этих суббурь, по данным системы MIRACLE в географических координатах. Справа: (б) — такие магнитограммы за 03 января 1995 г., где овалом отмечена рассматриваемая суббуря в 21:35 UT; (г) — западный элек-троджет этой суббури по данным MIRACLE.
'Полярные" суббури
'Высокоширотные" суббури
aq ^ 10
1 2 3 4 5 6 7 8 Январь 2007
20 г
И 10
я аь
w
GO м
в о к о т о П
ок
к
с
w
ift о 0>
к
0 10
0 -10 800
600 -
! 400
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.