научная статья по теме СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ БРЕЙКАПА РАЗВИТОЙ СУББУРИ И ПСЕВДОБРЕЙКАПА Геофизика

Текст научной статьи на тему «СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ БРЕЙКАПА РАЗВИТОЙ СУББУРИ И ПСЕВДОБРЕЙКАПА»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2008, том 48, № 5, с. 623-633

УДК 550.385.36

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ БРЕЙКАПА РАЗВИТОЙ СУББУРИ

И ПСЕВДОБРЕЙКАПА

© 2008 г. Л. Л. Лазутин1, Т. В. Козелова2

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного университета, Москва 2Полярный геофизический институт КНЦРАН, Мурманск e-mail: lll@srd.sinp.msu.ru Поступила в редакцию 28.08.2007 г. После доработки 28.01.2008 г.

Проводится сравнение псевдобрейкапа и суббуревого брейкапа по двум случаям, в которых эти два события следовали один за другим с интервалом около часа. Привлекались как наземные измерения, так и данные спутниковых детекторов заряженных частиц. Показано, что особенность псев-добрейкапов заключается в слабой интенсивности авроральной активизации и вызвавшего ее продольного потока низкоэнергичных электронов. Кроме того, поток ускоренных во время псевдобрейкапа энергичных ионов и их энергия малы по сравнению с этими показателями начала суббури и поэтому малоэффективны в создании условий для развития последующей активизации. В то же время поток энергичных электронов и степень диполизации велики, что приводит к значительному расходу накопленной в этом секторе энергии.

PACS: 94.30.Lr

1. ВВЕДЕНИЕ

Псевдобрейкапы (ПБ) были выделены Akasofu [1964] как слабые суббури, начинающиеся на более высокоширотной, чем экваториальная, дуге полярных сияний. Davis and Hallinan [1976] отнесли ПБ к разряду слабых локализованных суббурь. Последующие работы, в основном, поддерживали эту точку зрения. Вместе с тем, эти и другие авторы находят и сходство псевдобрейкапа с брейкапом развитой суббури по многим основным признакам. McPherron [1991] отметил, что псевдобрейкап, как и брейкап, сопровождается цугом пульсаций Pi2. Диполизацию магнитного поля и инжекцию частиц на ~6.6 RE во время ПБ обнаружили Nakamura et al. (1994). В работе [Koskinnen et al., 1993] во время ПБ было найдено, наряду с очень слабым западным электроджетом в ионосфере, возрастание перпендикулярных потоков электронов с энергиями 61—695 кэВ вблизи экваториальной плоскости магнитосферы на ~8.7 Re. Эти авторы отметили, что рассмотренный ими ПБ происходил во время подготовительной фазы суббури. Кроме того, низкая проводимость ионосферы также могла быть одной из причин ограниченного развития возмущения.

Таким образом, мнение многих авторов склоняется к тому, что ПБ — это слабая суббуря и главное отличие ПБ от брейкапа суббури заключается в том, что после псевдобрейкапа не происходит расширения возмущенной области, развития возмущения, которое быстро затухает.

Необходимо отметить, что Каш1ёе [1998] не считает ПБ слабой суббурей. Слабая суббуря, по его мнению, слаба оттого, что перед этим на подготовительной фазе не накопилось достаточно энергии (в частности, в виде отклонения от устойчивой конфигурации магнитосферы), а у ПБ энергии достаточно, но есть неизвестный механизм, который подавляет дальнейшее развитие возмущения. Таким образом, под одним термином может скрываться два типа возмущений — слабые суббури, одиночные активизации полярных сияний, которые в ряде работ принимаются за псевдо-брейкапы и, с другой стороны — псевдобрейкапы — особое явление в определении Каш1ёе [1998].

В данной работе анализируются события именно второго типа. Будут рассмотрены особенности отличия ПБ от сопоставимой части развитой суббури. Очевидно, ПБ можно сравнивать с брейкапом, с началом суббури, во время которого происходит переход от подготовительной к активной фазе суббури. Это совокупность нескольких элементарных событий, локализованных, коротких (длительностью в ~1—2 минуты) активизаций. Цепочка таких активизаций складывается и составляет фазу экспансии суббури. Ясно, что ПБ — явление более элементарное, чем брейкап. Видимо, иногда одиночная достаточно сильная активизация оказывается неспособной возбудить следующую активизацию и начать экспансию; такие события и относятся к классу псевдобрейкапов. В качестве условий, препятствующих расшире-

Рис. 1. Магнитограммы наземных станций 21.03.1998 г. Сверху вниз: Котельный (КТК, 69.9°, 201.0°), Тикси (Т1К, 65.6°, 196.9°), Чокурдах (СИБ, 64.7°, 212.2°), Зырянка (ZYK, 59.6°, 216.8°), Магадан (MGD, 53.5°, 218.7°), координаты

нию возмущения к полюсу (в хвост), можно назвать следующие:

а) — перед ПБ на подготовительной фазе не накопилось достаточно энергии [Kamide, 1998];

б) — продолжающаяся подготовительная фаза суббури (продолжающаяся или усиливающая крупномасштабная конвекция) подавляет экспансию;

в) — условия для роста взрывной неустойчивости могут выполняться локально в одном месте, но не в большом масштабе, тогда развитие неустойчивости будет остановлено;

г) — низкая проводимость ионосферы и слабые продольные токи [Koskinnen et al., 1993; Aikio et al., 1999]. Нарастающая взрывная неустойчивость может быть погашена, если ионосферно-магнито-сферная система не может связаться продольными токами, чтобы сформировать суббуревой токовый клин [Maynard et al., 1996; Pulkkinen, 1996; Erickson et al., 2000].

Дополнительным аргументом в пользу роли внешних условий (а—б) служат наблюдения того, что фаза экспансии достаточно большого числа суббурь инициируется уменьшением крупномасштабной конвекции (сменой знака Bz) [Lyons et al., 2003]. Исследование магнитосферных суббурь по данным спутника CRRES позволило дополнить известный ряд традиционных проявлений брейкапа новыми признаками. В частности, в ряде работ было выявлено разделение эффекта ин-жекции энергичных частиц на электронные и ионные возрастания, имеющие, по всей видимо-

сти, разную природу [Козелова и др., 1998; Ьатйп е1 а1., 2002; Лазутин и Козелова, 2004]. Кроме того, комплексный анализ суббуревой активности по данным наземной сети и изменениям частиц на спутнике СЯЯЕ8 позволил сделать вывод о том, что возрастание энергичных ионов, опережающее диполяризацию магнитного поля, связано с появлением потоков низкоэнергичных электронов с анизотропией вдоль силовых линий магнитного поля и может играть ключевую роль в развитии неустойчивости брейкапа [Лазутин и др., 2007а,б]. Опираясь на эти дополнения к общей картине развития брейкапа, мы рассмотрим в данной работе два примера ПБ — первый по магнитным данным и полярным сияниям, второй — с анализом измерений потоков заряженных частиц.

2. ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЕЙ И ЧАСТИЦ В МАГНИТОСФЕРЕ И НА ЗЕМЛЕ

2.1. Суббуревая активность 21 марта 1998 г.

Событие 21.03.1998 анализировалось ранее в работе [Ьа7иИп е1 а1., 2001], где основной упор был сделан на динамике суббури. Там отмечалось наличие псевдобрейкапа за 40 мин до начала суббури (18.35 иТ), но анализ псевдобрейкапа не проводился. На рис. 1 приведены измерения ^-компоненты магнитного поля на нескольких наземных станциях авроральной зоны. Суббуря началась в 19:15 иТ и проявилась на всех станциях, тогда как ПБ виден как слабый локальный эффект в маг-

нитном поле лишь на магнитограмме станции Чокурдах якутской цепочки. Приведенные на рис. 2 снимки полярных сияний на спутнике POLAR свидетельствуют об отклике на ПБ в виде слабого локального уярчения дуги сияний, слабом и локализованном по сравнению с мощным свечением и экспансией в последующей суббуре. Вместе с тем эта слабая локальная активизация, едва заметная в AE индексе, сопровождается мощным эффектом диполизации в магнитосфере на 6.6 Re, о которой можно судить по поведению энергичных частиц. На рис. 3 приведены измерения потоков авроральных протонов и электронов на двух спутниках LANL. Эти спутники были расположены на меридианах 103.5°Е (LANL084) и 69.8°Е (LANL97a). Перед ПБ на обоих спутниках виден дропаут — спад интенсивности частиц, свидетельствующий о смещении дрейфовых оболочек, вызванном типичным для подготовительной фазы суббури вытягиванием магнитных силовых линий в хвост магнитосферы. Вход спутника в дропаут является одним из главных признаков подготовительной фазы суббури [Sauvaud and Winckler, 1980; Onsager et al., 2002]. За несколько минут до ПБ этот спад интенсивности частиц ускоряется, что часто наблюдается перед брейкапом суббури, при так называемом эффекте взрывной подготовительной фазы [Ohtani et al.,1992].

ПБ проявляется быстрым выходом из дропау-та, восстановлением потока частиц, но лишь на одном спутнике, расположенном в восточном секторе вблизи местной полуночи, там, где отмечен ПБ по наземным магнитным данным и полярному сиянию. Вслед за этим в этом локальном секторе авроральной зоны подготовительная фаза возобновляется как бы с нуля. Второй спутник, расположенный западнее, на ПБ реагирует слабо, и из дропаута не выходит. Западный край ПБ лишь частично затрагивает меридиан второго ИСЗ. С началом суббури наблюдается другая картина — восстановление и ускорение энергичных частиц регистрируется на обоих спутниках LANL, что соответствует картине авроральной активности в широком долготном секторе, показанной на нижнем снимке спутника POLAR на рис. 2.

Результаты анализа данного псевдобрейкапа позволяют утверждать, что наряду с признаками слабой суббуревой активизации (локализация по долготе, слабый отклик в ионосфере, отсутствие экспансии) наблюдаются существенные особенности — глубокий дропаут перед ПБ и быстрая локальная диполизация, выход из дропаута с возвратом к спокойному состоянию в данном секторе магнитосферы.

2.2. Псевдобрейкап и суббуря 24 января 1991 г.

Еще одно сравнение псевдобрейкапа с полноценным брейкапом мы проведем по измерениям на-

18:37 UT

19:18 UT

Рис. 2. Два снимка полярного сияния со спутника POLAR 21.03.1998 г. в координатах магнитной широты и местного магнитного времени (MLat, MLT). Сверху — в 18:37 UT, во время ПБ, снизу — в 19:18 UT, в разгар суббуревой экспансии. Шкала интенсивно-стей условная, серый тон примерно на два порядка меньше черного.

земных обсерваторий и спутника CRRES 24 января 1991 г. в 16:00-16:20 UT и 16:57-17:10 UT соответственно, когда эти два явления наблюдались с промежутком менее часа. Блок детекторов спутника LEPA измерял потоки низкоэнергичных электронов и ионов от 50-100 эВ до 20 кэВ [Hardy et al., 1993]. Блок EPAS работал в энергетическом диа

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