научная статья по теме СТРУКТУРА ШИРОТНОГО ПРОФИЛЯ СКЛ В МАГНИТОСФЕРЕ ЗЕМЛИ ВО ВРЕМЯ СУББУРЕВОЙ АКТИВНОСТИ 26–27 ОКТЯБРЯ 2003 Г Геофизика

Текст научной статьи на тему «СТРУКТУРА ШИРОТНОГО ПРОФИЛЯ СКЛ В МАГНИТОСФЕРЕ ЗЕМЛИ ВО ВРЕМЯ СУББУРЕВОЙ АКТИВНОСТИ 26–27 ОКТЯБРЯ 2003 Г»

УДК 524.1:550.385

СТРУКТУРА ШИРОТНОГО ПРОФИЛЯ СКЛ В МАГНИТОСФЕРЕ ЗЕМЛИ ВО ВРЕМЯ СУББУРЕВОЙ АКТИВНОСТИ 26-27 ОКТЯБРЯ 2003 г.

© 2010 г. Л. Л. Лазутин,

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына, Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Россия e-mail: lll@srd.sinp.msu.ru Поступила в редакцию 19.08.2009 г.

После доработки 15.10.2009 г.

В работе исследуется структура проникновения солнечных космических лучей (СКЛ) с энергией 1— 100 МэВ в магнитосферу Земли перед экстремально сильной магнитной бурей 29—31 октября 2003 г. по данным спутника КОРОНАС-Ф. Эффект северо-южной асимметрии наблюдался в полярных шапках более 12-ти ч, что позволило исследовать динамику границы между полярной шапкой (хвостом магнитосферы) и авроральной зоной (областью квазизахвата). В авроральной магнитосфере обнаружен не известный ранее эффект провалов в широтном профиле интенсивности СКЛ во время активных фаз суббури. Предложен механизм образования провалов из-за локального искажения конфигурации силовых линий магнитного поля, приводящего к радиальной диффузии частиц из этой области.

С. Н. Кузнецов

1. ВВЕДЕНИЕ

В конце октября 2003 г. серия солнечных вспышек вызвала несколько сильных магнитных бурь, начавшихся с 8С в 06:12 иТ 29.10.2003 г. Эти бури привлекли внимание исследователей, в частности большим коллективом отечественных авторов была опубликована обзорная статья [Панасюк и др., 2004]. В этой работе, в частности, анализировались измерения солнечных протонов на полярном спутнике КОРОНАС-Ф, было проведено сравнение потоков СКЛ в магнитосфере с потоками в межпланетном пространстве и сследована динамика границы проникновения протонов с энергией 1—50 мэВ в глубь магнитосферы. Более подробно эти измерения анализировались в работе [Лазутин и др., 2007], где был исследован эффект захвата СКЛ (солнечных космических лучей) в протонный пояс Земли. В данной работе мы возвращаемся к измерениям СКЛ на спутнике КОРОНАС-Ф в предшествующий период 26— 27.10.2003 г., когда необычные провалы в широтных профилях протонов, проникающих в магнитосферу, позволили определить особенности конфигурации магнитосферы во время суббурь.

В области низких энергий (1—50 МэВ), о которых и будет идти речь в данной работе, велико влияние конфигурации магнитосферы на пространственное распределение частиц в полярной шапке и области квазизахвата. Все разнообразие наблюдаемых эффектов: свободное проникновение в полярную шапку вдоль магнитных силовых линий, асимметрия утренней и вечерней границ проникновения СКЛ и различия в потоках ча-

стиц, измеряемых в северной и южной полярных шапках, — связано с глобальной конфигурацией магнитосферы и ее локальных особенностей. Особенно переменчив характер проникновения СКЛ в авроральную зону, на замкнутые силовые линии. Известны случаи накопления солнечных протонов, квазизахват, в результате чего при переходе от полярной шапки в авроральную зону регистрируемый поток частиц возрастает, в других случаях такого возрастания не происходит (см. обзор Переясловой, [1982]).

Обсуждая новый эффект — провалы в широтном профиле интенсивности СКЛ во время активных фаз суббури, мы используем измерения СКЛ как источник информации о конфигурации магнитосферы.

2. ВСПЫШКА СКЛ И СОСТОЯНИЕ МЕЖПЛАНЕТНОЙ СРЕДЫ

Потоки СКЛ с энергий 1—5 МэВ в межпланетном пространстве появились 23 октября, когда активная область 0486 вышла из-за восточного лимба Солнца. 26 октября в 18:19 UT в области 0484 произошла вспышка балла Х1.2, ее координаты N02W38. В этой вспышке генерировались протоны с энергией >165 МэВ (данные ИСЗ GOES). На рис. 1 представлены ключевые параметры солнечного ветра и индексы магнитной активности. Скорость солнечного ветра была умеренной, в максимуме не больше 600 км/с, динамическое давление солнечного ветра лишь в отдельные моменты поднималось до 2 нПа. Вх компонент межпланетного магнитного поля на

Рис. 1. Обстановка в околоземном межпланетном пространстве и геомагнитные возущения 26—27 октября 2003 г. Сверху вниз: скорость Уи плотность N солнечного ветра, Вх и В1 компонент межпланетного поля, Няуш и АЕ индексы геомагнитной возмущенности.

протяжении рассматриваемого периода был положительным, то есть Земля находилась в одном и том же секторе межпланетного поля. Единственным возмущающим фактором можно считать В1 компонент межпланетного магнитного поля, который в первую половину 26-го и вторую половину 27 октября флуктуировал вблизи нуля или был положителен, но вскоре после вспышки стал отрицательным, и отрицательное значение держалось около 13 ч (рис. 1). В результате, с 19:00 иТ 26 октября начался длительный интервал суббурь, завершившийся в 10:00 иТ 27 октября.

3. СКЛ В МАГНИТОСФЕРЕ

КОРОНАС-Ф измерял поток протонов в четырех энергетических интервалах, 1—5, 16—26, 26—50 и 50—90 МэВ. Приведенное на рис. 2 сравнение измерений на ИСЗ КОРОНАС-Ф в полярных шапках с измерениями в межпланетном пространстве на спутнике АСЕ показывает, что потоки имеют одинаковый временной ход и близки по величине. Сильная анизотропия потоков наблюдается одновременно в течение необычно продолжительного периода с 22:00 иТ 26 октября до 12:00 иТ 27-го. Слабая анизотропия противоположного знака, наблюдавшаяся до 20 ч 26 октября

и после 12:30 иТ 27-го на спутнике, связана с условиями ориентации спутника в северной и южной шапках.

На рис. 3 сравниваются структуры потоков протонов СКЛ 27-го вблизи полуночи в северном и южном полушариях. В условиях слабой анизотропии потоков в межпланетном пространстве (см. рис. 2) потоки протонов в полярных шапках практически одинаковы. При анизотропии потоков в межпланетном пространстве и отрицательном В1 поток протонов в северной шапке существенно меньше, чем поток в южной.

На рис. 4 совмещены пролеты спутника в вечерних секторах южного и северного полушария. В северной полярной шапке наблюдается пониженный поток протонов по сравнению с южной, но он увеличивается на замкнутых силовых линиях и сравнивается с южным на Ь = 10—12 (71° исправленной геомагнитной широты), указывая нам на начало области квазизахвата. Здесь потоки протонов в сопряженных точках выравниваются. Такая структура границ авроральной зоны во время суббурь соответствует результатам классических работ по конфигурации овала полярных сияний [Старков и Фельдштейн, 1967; Старков, 1994]. Экваториальная граница квазизахвата дошла до Ь = 4, где в это время находится граница

1Е+3 —1Е+2

о

*§4Е+1 %

е1Е+0 1Е-1

о Ф о.

1Е+3 г

26 -27 октября 2003 г.

Рис. 2. Потоки солнечных космических лучей 26—27 октября 2003 г. Верхний блок: потоки протонов 14—26 МэВ в южной полярной шапке (кружки), в северной полярной шапке (точки), протоны >10 МэВ по данным ИСЗ АСЕ (линия); средний блок: панель протоны 1—5 МэВ в полярных шапках и протонов 1.06—1.92 МэВ по данным АСЕ; нижний блок — анизотропия СКЛ: протоны 1—5 МэВ (ромбы), протоны 14—26 МэВ (треугольники), протоны АСЕ (линия).

проникновения протонов СКЛ. Тот факт, что во время этой серии суббурь эта граница сдвигается на субавроральные широты, был отмечен в коллективной работе по экстремальной активности в октябре 2003 г. [Панасюк и др., 2004].

На рис. 5 суммированы результаты регистрации пололжения границ проникновения протонов с энергией 1—5 МэВ в зависимости от местного времени и направления вертикального компонента ММП и границы между полярной шапкой и авроральной зоной (областью квазизахвата).

Пунктирными линиями на рис. 5 показаны аппроксимации суточного хода этих границ по формулам:

ГП(Вг ~ 0) = 67.27-1.97ео8((МЦГ-22.26) ■ 15)

ГП(Вг < 0) = 64.96-3.89со8(МЦТ ■ 15) (1) ГПШ(Вг< 0) = 73.68-2.26со8((МЕТ-18.2) ■ 15).

Зависимость границы проникновения от знака В1 не наблюдается в полуденные часы, тогда как в широком секторе с вечера до утра переход от В1 ~ 0 к В1 < 0 приводит к смещению границ проникновения на существенно меньшие широты, что очевидно связано с суббревой активностью.

4. СКЛ И СУББУРИ 26-27.10.2003 г.

В интересующем нас интервале широтные профили проникающих в магнитосферу протонов отличались необычный неоднородностью по широте и изменчивостью во времени. Обычно и в спокойное время, и во время магнитной бури, широтный профиль ровный, лишь иногда встречаются возрастания в авроральной области. Но в исследуемый период профиль заметно менялся от пролета к пролету. Особенно необычными выглядели короткие спады интенсивности, провалы в радиальных профилях протонов СКЛ.

На рис. 6а-г приводятся четыре примера таких радиальных профилей протонов 26-27.10.2003 г.

Прежде всего, обращает на себя внимание тот факт, что провалы имеют разную амплитуду в зависимости от энергии - эффект в канале 1-5 МэВ меньше (рис. 6а и 6д), чем в старших энергетических каналах, или вовсе отсутствует (рис. 6б и 6с). Далее, диапазон широт, охваченных провалом, сильно варьирует, в первом примере он охватывает Ь-оболочки от 6 до 11, в последнем - от 5 до 6.5. Мы наблюдаем провалы как в ночном, так и в дневном секторе. Первый по времени регистрировался в 19:20 иТ 26 октября, последний - в 8:45

/(см2ср*е) 1 /(см2ср*е) 1

Рис. 3. Протоны 1—5 МэВ (пунктирная линия) и 14—26 МэВ 27 октября в северной (верхний блок) и в южной полярных шапках.

иТ 27 октября, что совпадает с началом и концом 13-часового периода повышенной суббуревой активности.

Характерно, что все провалы регистрируются в зоне квазизахвата между границей полярной шапки и границей проникновения. Это видно на рис. 7, где приведены результаты измерения положения границы проникновения протонов с энергией 14—26 МэВ в спокойные часы и во время серии суббурь, положение границы полярной шапки и верхняя и нижняя широты измеренных провалов в зависимости от местного времени. Апроксимационные кривые выглядят следующим образом:

Л р(Б1 > 0) = 62.94-0.62ео8((МЕТ-18.6) ■ 15)

Л р(Б1 < 0) = 61.86-0.8ео8((МЕТ-18.9) ■ 15)

Л р(п1) = 66.19-1.23ео8((МЕТ-22.37) ■ 15) (2)

Л р(п2) = 69.47-2.18ео8(МЕТ ■ 15-23.7)

Л ре(Б1 < 0) = 75.8-3.87ео8((МЦТ-21.2) ■ 15).

Мы видим, что в условиях слабого давления солнечного ветра смена знка Bz приводит лишь к небольшому

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