научная статья по теме СОПОСТАВЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ДЖЕТА НА РАЗНЕСЕННЫХ СТАНЦИЯХ ЯКУТСК–ПОДКАМЕННАЯ ТУНГУСКА Космические исследования

Текст научной статьи на тему «СОПОСТАВЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ДЖЕТА НА РАЗНЕСЕННЫХ СТАНЦИЯХ ЯКУТСК–ПОДКАМЕННАЯ ТУНГУСКА»

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.

Показать целиком