КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2008, том 46, № 2, с. 116-121
УДК 550.385
СОПОСТАВЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ДЖЕТА НА РАЗНЕСЕННЫХ СТАНЦИЯХ ЯКУТСК-ПОДКАМЕННАЯ ТУНГУСКА
© 2008 г. A. E. Степанов1, В. Л. Халипов2, E. Д. Бондарь1
1Институт космофизических исследований и аэрономии им. ЮГ. Шафера СО РАН, г. Якутск 2Институт космических исследований РАН, г. Москва Поступила в редакцию 13.09.2006 г.
Рассмотрены характеристики поляризационного джета (PJ) по измерениям на разнесенных по долготе ионосферных станциях Якутск (L = 3.0, X = 129.6°) и Подкаменная Тунгуска (L = 3.0, X = 90.0°) за 1989-1992 гг. По данным двух станций подтвержден полученный ранее результат о том, что при возмущениях в околополуночном секторе формирование PJ происходит на взрывной фазе суббури. При изолированных магнитных возмущениях с АЕ > 500 нТл в интервале 11.00-16.00 UT полоса PJ перекрывает сектор в 3 часа MLT между станциями Якутск и Подкаменная Тунгуска. При этом время начала PJ на станции Подкаменная Тунгуска для большинства событий запаздывает на 45-60 минут по сравнению с моментом начала PJ на станции Якутск. Это соответствует перемещению источника PJ с востока на запад со скоростью ~3 ч. MLT в час.
PACS: 94.20.Vv
ВВЕДЕНИЕ
Поляризационный джет (далее будет использоваться обозначение РТ) - это узкая струя очень быстрого дрейфа плазмы в западном направлении, возникающая вблизи полярной стенки ионосферного провала [1]. По спутниковым данным на высотах ^-области ионосферы полоса поляризационного джета имеет протяженность по широте 1-3 градуса. Практически одновременные измерения спутников БМБР ¥-13 и ¥-14 в северном и южном полушариях показывают, что долготная протяженность РТ может составлять 711 MLT [2]. На полюсной кромке провала, в соответствии с изложенными в [3] результатами, наблюдались узкие струи дрейфа вплоть до скорости 2.5 км/с, что соответствует направленным к полюсу электрическим полям величиной до 125 мВ/м. Эти поля наблюдались спорадически в диапазоне широт Ь = 2.4-4.0 и всегда встречались вблизи локального минимума электронной концентрации [4].
Развитие поляризационного джета на высотах ионосферы вызывает значительное уменьшение критических частот и подъем ¥-слоя и хорошо определяется по измерениям ионозондов. Наблюдения поляризационного джета на паре разнесенных по долготе наземных ионозондов позволяют существенным образом дополнить спутниковые данные о физических условиях формирования РТ.
Считалось, что РТ возникает во время фазы восстановления суббури [5]. Однако в последних исследованиях по данным наземных наблюдений на Ь ~ 3 на протяжении более 20 лет показано, что в околополуночном MLT секторе РТ может воз-
никать в промежутке не более чем ~10 минут после значительной вспышки ЛЕ-индекса [6]. Большая статистика наземных наблюдений, рассмотренная в данной работе, подтверждает этот результат.
Далее, регистрация РТ на станциях Якутск и Подкаменная Тунгуска дает возможность определить запаздывание по времени момента возникновения явления на одной станции относительно другой и оценить скорость перемещения к западу источника, ответственного за формирование РТ.
Важным в методическом отношении является вопрос идентификации РТ на ионограммах ионосферных станций. В [7] были проанализированы несколько "тестовых ситуаций", т.е. описаны ионограммы конкретного вида, характерные для развития поляризационного джета над ионосферной станцией. В настоящее время имеется возможность получить информацию о РТ из базы данных спутников БМБР за последние годы (http://cindispace.utdallas.edu/DMSP/).
В работе анализируются данные по регистрации поляризационного джета на ионосферных станциях Якутск (X = 130°Е, Ь = 3.0, МЦГ = ИТ + + 91) и Подкаменная Тунгуска (X = 90°Е, Ь = 3.0, MLT = ИТ + 71) и вариации ЛЕ-индекса с минутным разрешением, полученным из Мирового Центра Данных в Киото (http://swdcwww.kugi.kyo-to-u.ac.jp/wdc/Sec3.html). Также рассмотрена динамика развития поляризационного джета при суббуревых возмущениях.
Количество случаев 70
60 50 40 30 20 10 0
70 60 50 40 30 20 10 0
35 30 25 20 15 10 5 0
35 30 25 20 15 10 5 0
Якутск 1989-92 гг.
ш.
Подкаменная Тунгуска 1989-92 гг.
гП
П.
0123456789
Хр-индекс
16 18 20 22 0
мьт
Рис. 1
4 0 60 120180240300360400
Время задержки от АЕ > 500 нТ до времени регистрации, мин
2
АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Анализировались ионосферные данные станций Якутск и Подкаменная Тунгуска за период 1989-1992 гг. За этот период найдено около 200 случаев регистрации Р] на широте Якутска и также около 200 случаев регистрации Р] на станции Подкаменная Тунгуска. Известно, что развитие Р] на широтах с Ь = 3 происходит для значений АЕ-индекса > 500 нТ, поэтому моменты регистрации Р] на ионограммах вертикального зондирования сопоставлялись с моментами суббуревых возмущений с уровнем АЕ ~ 500 нТ и более [8]. При этом отбирались события изолированных магнитных возмущений, когда в предшествующий появлению Р] интервал времени длительностью не менее, чем 5 часов, регистрировалось не более одной суббуревой активизации с АЕ > 500 нТ. Исключены события с неопределенным началом суббури, т.е. слишком возмущенные дни, когда АЕ-индекс в течение длительного времени превышал уровень в 500 нТ. Случаи сильных магнитных бурь, когда индекс АЕ превышал 1000 нТ, также не рассматривались. Статистические зависимости событий Р] для Якутска и Подкаменной Тунгуски приведены на рис. 1 (подобраны только те события, которые регистрировались в один и тот же день на обеих станциях - 176 событий). Видно, что наблюдение Р] на пространственно-разнесенных ионосферных станциях довольно схожи: поляризационный джет, главным обра-
зом, регистрируется при средне-возмущенных условиях (Кр = 3-5); местные времена наблюдения приходятся в основном на вечерние часы, с пиком в 20.00-22.00 часа; и около 70-80% событий лежат в интервале от 0 до 180 мин после регистрации суббури по АЕ-индексу.
На рис. 2 приведен сезонный ход регистрации поляризационного джета за рассматриваемый период. Заметно, что вероятность появления Р] высока в равноденственные месяцы, сравнительно низка в зимние и отсутствует в летние месяцы. Отметим, что здесь учтены только те события,
Количество случаев 35
30 25 20 15 10 5
II III IV V VI УПУШ IX X XI XX
Месяцы
Рис. 2
0
I
£18
И 17 С 16
л 14
Ц13
§ 12 &11 § 10 & 9 га 8
18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8
3 н 3 ^
1 и с
и
23*
а &
с и и
е
19 £
е
17£
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Время начала АЕ > 500 нТ, ит
Рис. 3
и15
которые наблюдались и в Якутске, и в Подкамен-ной Тунгуске в один и тот же день.
Взаимосвязь между временем начала суббури и появлением Р] над станциями Якутск и Подкаменная Тунгуска для событий, когда время задержки регистрации Р] от вспышки АЕ не превышает 180 минут, показана на рис. 3. Коэффициент корреляции между началом суббури и появлением Р] для Якутска составляет 0.95, а для Подка-менной Тунгуски 0.91. Штриховая линия на этих рисунках отмечает нулевую задержку между рас-
Количество случаев 15
12 9 6 3
N = 31
30 60 90 120 150 Время задержки, мин
Рис. 4
сматриваемыми явлениями. Сравнение хода линейной аппроксимации массива точек с линией нулевой задержки показывает возрастание средней задержки регистрации Р] в более ранние часы местного времени. Эта средняя величина запаздывания согласуется с результатом, полученным по измерениям со спутника БЕ-2 [5]. Однако, как видно из приведенных результатов наземных измерений, некоторая часть событий, относящихся в основном к околополуночному сектору, соответствует появлению Р] в ходе взрывной фазы суббури.
При изолированных магнитных возмущениях с АЕ > 500 нТ в интервале 11.00-16.00 ИТ полоса Р] перекрывает сектор 3 часа МЬТ между станциями Якутск и Подкаменная Тунгуска. Следовательно, при изолированных возмущениях, если поляризационный джет наблюдался в Якутске и затем не позднее, чем через 3 часа в Подкаменной Тунгуске, станции наблюдения должны регистрировать одно и то же явление, т.е. поляризационный джет, вызванный этой активизацией возмущения. На рис. 4 приведена гистограмма распределения случаев запаздывания регистрации Р] между станциями Якутск и Подкаменная Тунгуска, а на рис. 5 - примеры изолированных магнитных суббурь, определенные по индексу АЕ. Сопоставление времен регистрации поляризационного джета на этих ионосферных станциях проводилось по реперному времени - момента регистра-
АЕ, нТ 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
1400 1200 1000 800 600 400 200
Як Пт
0 1 2 3 4 5 6 7
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
ИТ, час
Рис. 5
ции Р1 на ст. Якутск. Временной шаг распределения 15 мин, а количество событий N = 31. Как видно из рисунка время начала РТ на ст. Подка-менная Тунгуска запаздывает в среднем примерно на один час по сравнению с моментом начала РТ на ст. Якутск, что определяется скоростью перемещения источника с востока на запад. Расстояние между станциями Якутск и Подкаменная Тунгуска по дуге большого круга составляет примерно 2110 км. Среднее время задержки регистрации поляризационного джета между станциями - приблизительно 60 мин (см. рис. 4). Таким образом, средняя скорость джета на уровне ионосферы составляет около 590 м/с. Хотя сезонный ход поляризационного джета и показывает почти полное отсутствие событий в летнее время, тем не менее во время сильных суббурь критические частоты слоя ¥2 резко падают и наблюдаются слабо выраженные эффекты РТ. Перемещение источника РТ к западу соответствует скорости центробежного и градиентного дрейфа ионов с энергией ~20 кэВ во внутренней магнитосфере.
Остановимся подробно на рассмотрении события 21.II.1992 г. (Кр = 7+ при ИТ = 06.00-09.00). При пролете спутника БМБР ¥-11 вблизи меридиана станции Якутск в южном и северном полушариях полоса поляризационного дрейфа хорошо прослеживается на субавроральных широтах (рис. 6). Более точные значения положения РТ при измерении над станцией Якутск таковы: в момент 07.03.40 ИТ (16.03.40 ЬТ) плавный подъем скорости дрейфа со стороны экватора ступенькой возрос до 1 км/с. Этой точке соответствует инвариантная широ
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.