ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2009, том 49, № 6, с. 757-767
УДК 550.383
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА СИЯНИЙ ВО ВРЕМЯ
ГЛАВНОЙ ФАЗЫ МАГНИТНОЙ БУРИ
© 2009 г. Т. А. Корнилова, И. А. Корнилов
Полярный геофизический институт КНЦ РАН, Апатиты (Мурманская обл.)
e-mail: kornilova@pgia.ru Поступила в редакцию 11.02.2009 г. После доработки 20.03.2009 г.
По наземным и спутниковым наблюдениям исследованы структура и динамика сияний в полуночном секторе в периоды суббурь, развивающихся в течение главной фазы магнитных бурь в их сопоставлении с характеристиками типичной авроральной суббури. Обнаружено, что во время главной фазы магнитной бури в сияниях наблюдается отличие от классической суббури. В начале главной фазы бури серия псевдобрейкапов с наиболее выраженным скачкообразным движением к экватору смещается в более низкие широты. Взрывная фаза суббури может проявляться не только как скачки дуг в более высокие широты, но и как взрывоподобное расширение во все стороны яркого диффузного свечения. Характерной особенностью в сияниях главной фазы магнитных бурь является наличие стабильных, длинных лучистых форм, одновременное существование в поле зрения телевизионной камеры форм сияний, характерных для разных фаз суббури.
PACS: 94.20. Ac
1. ВВЕДЕНИЕ
Проблема динамики полярных сияний во время магнитных бурь, несмотря на более, чем полувековую историю их подробного изучения, продолжает входить в число актуальных проблем физики магнитосферы. Свечения верхней атмосферы отражают поступление энергии из магнитосферы в ионосферу. Наблюдаемые скорости движения сияний, их нерегулярный характер содержат информацию о свойствах магнитосфер-ной турбулентности. Изменения планетарного распределения сияний (сдвиг аврорального овала к экватору и его расширение) отражают изменения топологических характеристик магнитосфер-ных доменов, происходят развитие симметричного и асимметричного кольцевого тока, усиление токов хвоста.
Несмотря на большой интерес к рассматриваемой проблеме, вопросам локальной динамики сияний, формированию авроральных структур, характеристикам магнитосферных суббурь во время магнитной бури, сравнению суббурь в полярных сияниях во время магнитной бури и изолированных суббурь не уделялось должного внимания. Результаты такого исследования могли бы помочь в определении связей процессов во время бури с изменениями параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля (ММП), динамики кольцевого тока и токов хвоста, ин-жекций частиц во внутреннюю магнитосферу. В течение многих лет считалось, что суббури являются интегральной частью в развитии бури [Ака-
софу и Чепмен, 1975; Akasofu, 1966; Исаев и Пудовкин, 1972]. Данная точка зрения подверглась сомнению ([Iyemori and Rao, 1996; McFerron, 1997; Maltsev, 2004], когда было выяснено, что возрастание AL-индекса может приводить не к увеличению, а к уменьшению абсолютной величины Лй-вариации. В настоящее время данная проблема активно обсуждается в литературе. Важной составной частью решения возникшей проблемы является исследование магнитосфер-ных суббурь во время магнитных бурь, их характерных признаков. Необходимо знать, существуют ли различия между изолированными суббурями и суббурями во время бурь.
Следует отметить, что исследований по сравнению динамики сияний во время изолированных суббурь и суббурь на фоне бурь, практически не было. В представляемой работе мы приводим сравнительный анализ динамики сияний во время главной фазы магнитных бурь и изолированных суббурь в около полуночном секторе по телевизионным данным обсерваторий Ловозеро, Лопарская и Баренцбург.
2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ
Основным материалом для исследования были телевизионные наблюдения полярных сияний в обсерваториях авроральной зоны Ловозеро (LOZ) (Ф' = 64.2°N, Л' = 115.3°E) и Лопарская (LOP) (Ф' = 64.94°N, Л' = 113.6°E) и Баренцбург (ВАВ) (Ф' = 75.2°N, Л' = 113.2°Е). Высокое про-
N / v у — f, ■> П р е д б р е й к а п н а я н дуга
E л № t ЯЯ €= ч 1 -у ~~ -о- Vgj^cc.ro. т| ¿J^liCC-го.
19:55:09 19:59:53 20:04:53 20:09:59 20:12:29 20:15:53
г (Ш! f I о щш (Г~2 я
20:16:19 20:17:23 20:18:42 20:19:59 20:20:38 20:20:59
ШУ VW Щф
1
20:21:59 20:22:23 20:23:29 20:23:48 20:24:23 20:25:09
и сш V ~ J 1ш I \ VO У
20:25:39 20:26:09 20:27:19 20:28:29 20:29:23 20:30:39
Рис. 1. Динамика сияний во время классического брейкапа 7 февраля 2000 г. по телевизионным данным обс. Ловозеро.
странственное и временное разрешение и использование оптики с полем зрения 180° позволяет получать картину развития сияний в радиусе ~1000 км. Методика цифровой обработки телевизионных изображений описана, например, в работе [Корнилов и др., 2008 и ссылки в ней]. Проанализирована динамика сияний во время 10 магнитных бурь разной интенсивности, а также нескольких изолированных суббурь и не буревых суббурь, связанных с SC.
В работе также использовались магнитные данные обс. Ловозеро и Лопарская, данные скандинавской сети магнитометров IMAGE, изображения сияний со спутников IMAGE и POLAR, данные по солнечному ветру и ММП и Dst-вари-ации.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ
При анализе телевизионных данных мы обнаружили, что авроральная динамика суббурь во время магнитных бурь во многих аспектах отличается от динамики работы изолированной суббури, описанной в работе [Akasofu, 1964]. Ее основные черты — уярчение наиболее экваториаль-
ной дуги в течение 0—5 мин., экспансия авроральных форм на запад, восток и преимущественно на север за 5—10 мин., завершение максимальной авроральной экспансии через 10—30 мин, реформирование дуг и их дрейф к исходным положениям через 30—60 мин.
Фрагменты авроральной динамики во время изолированной суббури 07 февраля 2000 г. по телевизионным данным обс. Ловозеро приведены на рис. 1. Эта суббуря была вызвана поворотом к северу ^-компоненты ММП по данным спутника WIND (на рисунке не приводится). На фильтрованных телевизионных кадрах отчетливо видно, движение сияний к экватору перед брейкапом и резкое уярчение предбрейкаповой дуги (ПБД) около южного горизонта в 20:17:23 UT, за которым следует скачкообразное распространение области свечения к полюсу, подобное исследованному в работе [Сергеев и Яхнин, 1978], образование авроральной выпуклости (bulge), а также наблюдается движение сияний на восток и запад. На фазе восстановления суббури в области эква-ториальнее приполюсной кромки выпуклости наблюдаются пульсирующие сияния.
0
ч
Т
100
*
о тз Й
7-200
-300
-400
яс
мс
МС)
яс
|БС рС TV TV
яс
мС
_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
V V V V
20/03/01 25/03/01 30/03/01 05/04/01
Рис. 2. й^-вариация 16 марта — 6 апреля 2001 г.
Далее продемонстрируем особенности развития полярных сияний во время главной фазы магнитных бурь на примере авроральной динамики суббурь в марте 2001 г. На рис. 2 показана йй-ва-риация 16 марта — 06 апреля 2001 г., на которой видны четыре следующие друг за другом магнитные бури, обозначенные цифрами 1—4. Вертикальные линии отмечают моменты внезапного начала бурь (^С). Горизонтальными отрезками обозначены временные интервалы, в которые наблюдались магнитные облака по данным, взятым на сайте http://epmfl.gsfc.nasa.gov/mfl/mag_cloud_ publl.html. Горизонтальные прямоугольники ТУ над йй-вариацией показывают интервалы телевизионных наблюдений сияний в обс. Ловозеро, по которым можно было проследить развитие сияний на главной фазе второй, третьей и, частично, четвертой магнитных бурь. К сожалению, во время главной фазы первой бури 19—22 марта с
минимальным значением йй--150 нТл ни в Ло-
возеро, ни в Лопарской не было регистрации сияний.
Вторая буря 22—26 марта 2001 г. сопровождалась 8С в 13.52 иТ. Минимальное значение йй достигло —75 нТл. Данные на рис. 3а по солнечному ветру и ММП со спутника АСЕ, расположенного на расстоянии ~230 Яв от Земли (время задержки сигнала со спутника ~40 мин), показывают, что внезапное начало этой бури обусловлено увеличением плотности протонов и скорости солнечного ветра, отмеченного вертикальной линией. После 8С и до начала брейкапа в 19:52 скорость солнечного ветра менялась незначительно, плотность протонов резко упала, а в Бх, Бу, Б1 ММП наблюдались сильные колебания. Суббуря в 19:52 иТ была вызвана поворотом Б1 к северу. На магнитограмме обс. Ловозеро вертикальные
стрелки с цифрами 1—7 соответствуют стандартным ТВ кадрам, помещенным в нижней части рис. 3а, с наиболее характерными для этой суббури сияниями над Ловозеро. Более детальное развитие сияний во время суббури 22 марта 2001 г. можно видеть на фильтрованных ТВ кадрах на рис. 3б.
До начала брейкапа в поле зрения ТВ камеры виден двойной овал и псевдобрейкап вблизи зенита, смещающийся на юг с одновременным расширением и уярчением области свечения к экватору. Брейкап начался на экваториальной кромке двойного овала в 19:52:08 иТ и распространялся к полюсу скачками дуг. С 20:20 до 21:12 иТ сияния развивались следующим образом. Сближение и взаимодействия двух областей свечения, а именно, псевдобрейкапа, смещающегося на юг, и брейкапа на юге, распространяющегося на север ("встречный брейкап"), привели к появлению вращающихся по часовой стрелке (если смотреть против направления магнитного поля) спиралеобразных форм сияний, а затем двух последовательных, дрейфующих на восток активизаций в виде дуг, вытянутых в направлении север-юг. Особенностью сияний на главной фазе этой бури являются не характерные для классического брей-капа длинные лучистые структуры (от зенита до горизонта), иногда образующие "корону", а также яркие пульсирующие формы, дрейфующие на восток.
Третья буря —27—31 марта 2001 г. с минимумом
в йй-вариации--90 нТл. Главная фаза I третьей
бури связана с 8С 27 марта 2001 г. в 17:47 иТ. На рис. 4а показаны данные по солнечному ветру и ММП со спутника АСЕ, магнитограмма и характерные телевизионные кадры из Ловозеро. Двумя вертикальными линиями "А" и "В" на данных
О Н
10
Д 0
я -
10 10
0
10
-20 20
Й М
т Я £
¡а
О § I Дм 2
нй о
о 0\ ^
-20 40
20 0
400
2
300
~ 1 1 111111
- 1 1
_ 1 1 111111
1 1 111111
08
12 16 20 00
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.