УДК 523.62-726
СВЕРХКОНЦЕНТРАЦИЯ ФОТОСФЕРНЫХ ИСТОЧНИКОВ КРУПНОМАСШТАБНОГО ОТКРЫТОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛНЦА В ГЛАВНОЙ ЗОНЕ АКТИВНЫХ ДОЛГОТ, БЛОКИРОВКА
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ, ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЧЕТЫРЕХСЕКТОРНОЙ СТРУКТУРЫ: 2. ГЕОЭФФЕКТИВНОСТЬ
© 2010 г. К. Г. Иванов
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк (Московская обл.) e-mail: kivanov@izmiran.troitsk.ru Поступила в редакцию 01.07.2009 г.
Исследована эффективность первой из серии мощных гелиосферных бурь, возникших на спаде 23-го цикла, из-за сверхконцентрации фотосферных источников открытого поля в главной зоне активных долгот. Геоэффективность бури 16—27 июля 2004 г. была тесно связана с возникновением четы-рехсекторной структуры и определялась дестабилизацией двух центров активности: слабо- и сильно геоэффективного соответственно с АО 10649 и 10652. Первый из них локализовался в одном из новых секторов, второй — в западных окрестностях зоны активных долгот. Выход корональных выбросов массы из АО 10649 был существенно затруднен: они полностью отсутствовали после ряда мощных рентгеновских вспышек, наблюдалось редкое явление "солнцетрясения", ударные волны не достигли Земли, несмотря на ее благоприятное положение. Наблюдалось сильное экранирование Земли от корональных выбросов из АО 10652 новыми секторными границами с постепенным его ослаблением и исчезновением, следствием чего стало возникновение каскада из трех околоземных бурь, нарастающей мощности с Ар-индексами 52, 154 и 186. Редкими явлениями в АО 10649 и каскадом солнечно-земных бурь гелиосферная буря 16—27 июля была уникальной для 23-го цикла, краткосрочный прогноз ее геоэффективности оказался невозможен.
PACS: 96.60.Hv
1. ВВЕДЕНИЕ
На фазе спада 23-го цикла на Солнце обнаружен квазидвухлетний (май 2004 — декабрь 2005 г.) МГД-процесс, ответственный за возникновение, динамику, геоэффективность и исчезновение че-тырехсекторной структуры магнитного поля Солнца [Иванов и Харшиладзе, 2009]. Процесс начинался и заканчивался в одной из главных зон активных долгот (300—340 СЬ). Он состоял из нескольких связанных между собой этапов, каждому из которых соответствовало появление мощной гелиосферной бури.
Начальным из этих этапов был феномен сверхконцентрации фотосферных источников крупномасштабного открытого магнитного поля Солнца в указанной выше главной зоне активных долгот, блокировка ими дифференциального вращения и возникновение МГД-возмущения в виде двух новых секторов, преобразовавших спокойную двух-секторную структуру в четырехсекторную. В конце этого этапа возникла мощная гелиосферная буря 16—27 июля 2004 г.
В ходе этой гелиосферной бури наблюдалась очень редкая последовательность из трех солнеч-
но-земных бурь, тесно расположенных во времени и нарастающей мощности. Этот своеобразный каскад бурь четко проявился в возмущениях геомагнитного поля, вариациях космических лучей и ионосферы [УошеГ й а1., 2004; 8ау1ап й а1., 2005; Кшпе18<эу е! а1., 2008; Реёа1е11а е! а1., 2008]. Природа этого каскада остается неясной. Не менее редкое и загадочное сейсмическое явление "солнцетрясения" наблюдалось в начале этой бури после одной из самых мощных оптических вспышек балла 3В 16 июля 2004 г. [К080у1еИеу, 2006; БеМп-1опе8еи е! а1., 2007]. Наконец, к необычным явлениям отнесено также полное отсутствие или неявные признаки корональных выбросов массы после некоторых мощных вспышек этого периода [Gepo1aswamy е! а1., 2008].
Детальное рассмотрение динамики крупномасштабного открытого поля и солнечной активности на этом этапе, охватывающем около четырех солнечных оборотов (май—июль 2004 г.) и включавшем июльскую гелиосферную бурю проведено в статье [Иванов, 2009]. Целью данной работы было: сопоставление явлений солнечной активности с планетарными индексами, характери-
Таблица 1. Солнечные вспышки в июле 2004 г. в АО 10649 ^ 1—6) и 10652 с баллами >1 и продолжительностью >30 мин или ассоциированные с корональными выбросами массы (КВМ) типа гало и частичного гало (р)
№ Даты UT Ф, град. Л, град. Балл КВМ UT
1 16.07 10:55-11:28 S09 E34 1F E 12:54
2 16.07 13:50-15:32 S10 E32 3B E 15:54
3 17.07 07:54-08:53 S10 E23 1F - -
4 17.07 16:49-17:22 S10 E18 1N W 18:30
5 17.07 21:24-22:03 S09 E13 1F - -
6 18.07 00:12-01:11 S09 E12 1F SW 01:32
7 19.07 10:50-10:58 N09 E44 1F Гало (p) 13:30
8 20.07 12:26-13:03 N10 E33 3B Гало (p) 13:31
9 22.07 07:44-08:24 N02 E09 1N Гало 07:31
10 22.07 22:33-23:33 N05 E04 2N SSW 23:54
11 23.07 ? N03 W04 ? Гало 16:06
12 25.07 05:43-06:23 N10 W31 2B Гало 14:30
13 25.07 14:33-16:43 N08 W33 1F WSW 16:00
14 26.07 05:39-06:15 N02 W40 1N - -
15 26.07 23:49-01:11 N10 W34 1F NW 00:30
16 27.07 20:03-21:12 N09 W65 1F W 20:06
зующими состояние геомагнитного поля на всем этом этапе (разд. 3); анализ структуры, конфигурации и динамики околоземных МГД-возмуще-ний, ответственных за гелиосферную бурю 16—29 июля и привязка их к солнечным источникам (разд. 4); объяснение (разд. 5) специфических особенностей геоэффективности этой гелио-сферной бури спецификой соответствующей солнечной ситуации, рассмотренной ранее [Иванов, 2009], приведшей к генерации четырехсекторной структуры с двумя новыми, первоначально очень узкими, секторами.
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДЫ
Работа существенно основана на результатах предыдущих работ, в частности используются сведения по динамике крупномасштабного поля и солнечной активности, полученные в работе Иванова [2009]. Согласно этим результатам начальный этап МГД-процесса (сверхконцентрация) разбит на четыре последовательных интервала: 1) начальное спокойное состояние с двухсек-торной структурой; 2) столкновение фотосферных источников крупномасшабного поля в зоне активных долгот; 3) блокировка полем зоны дифференциального вращения низкоширотных фотосфер-ных источников отрицательного поля и зарождение четырехсекторной структуры; 4) сверхконцентрация фотосферных источников в зоне активных долгот, усиление блокировки, развитие четырех-секторной структуры, возникновение гелиосфер-ной экстрабури.
Каждый из этих интервалов сопоставлен по времени с состоянием околоземной среды, оцениваемым по значениям суточного планетарного геомагнитного индекса (Ар) (ftp://ftp.gfz-pots-dam.de/pub/pub/home/obs/kp-ap). Для характеристики вспышечной активности использованы данные ftp:ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR DATA/; наблюдения корональных выбросов по ftp://lasco6/nscom.nasa.gov/pub/lasco. Данные об околоземной межпланетной среде — по ht-tp://cdaweb.gstc.nasa.gov/. Кроме того, в статье использованы: карты солнечных открытых полей и абсолютные значения их магнитных потоков из работы [Иванов, 2009], построенные и рассчитанные по оригинальной программе ISOPAK с использованием данных измерений фотосферного магнитного поля (http://quake.Stanford.edu~WSO).
3. ГЕОМАГНИТНАЯ АКТИВНОСТЬ, СОЛНЕЧНЫЕ ВСПЫШКИ И КРАТКОСРОЧНЫЙ ПРОГНОЗ
На рис. 1 представлены вариации Ар-индекса по четырем интервалам, соответствовавшим спокойному состоянию двухсекторной структуры (22 апреля — 18 мая), столкновению крупномасштабных полей в зоне активных долгот (19 мая — 14 июня), зарождению (15 июня — 11 июля) и развитию (12 июля — 7 августа) четырехсекторной структуры. Показаны также моменты возникновения солнечных вспышек балла >1 и продолжительностью >30 мин (табл. 1). На основании этих данных можно сделать следующие выводы: 1) В
Ap 40
0
40
0
40 Ь июнь
160 -
120
80
40
июль
2004
0
4
Рис. 1. Вариации ^р-индекса при формировании сверхконцентрации полей в зоне активных долгот: 1 — спокойная двухсекторная структура; 2 — столкновение фотосферных источников в зоне; 3 и 4 — зарождение и развитие четырех-секторной структуры. Большие кружки, крестики и мелкие кружки — вспышки баллов 3, 2 и 1 соответственно. Точки — средние прогностические значения.
течение длительного периода времени, охватывающего три первые интервала и значительную часть четвертого, когда в зоне активных долгот происходили взаимодействия крупномасштабных полей, направленные на формирование их сверхконцентрации, вспышки отсутствовали и космическая погода была очень спокойной. 2) В середине четвертого интервала, с появлением солнечных вспышек в АО 10649 и 10652 возникла мощная гелиосферная буря, наблюдавшаяся на видимом диске в период с 16 по 27 июля (табл. 1) и породившая с 22 по 27 июля каскад из трех солнечно-земных бурь, тесно расположенных во времени и нарастающих по мощности (рис. 1).
Этот каскад бурь оказался неожиданным и недоступным для краткосрочного прогноза с помощью современных методик, используемых основными мировыми прогностическими агентствами
IPS (Ionospheric Prediction Services — http:// www.jps.gov.du), SEC (Space Environment Center — http://www.swpc.noaa,gov) и SIDC (Solar Influence Data Center — http://www.sidc.oma.be) (рис. 1, табл. 2). Между тем эта гелиосферная буря готовилась на Солнце в течение трех месяцев динамикой крупномасштабных открытых полей, направленной на сверхконцентрацию их фотосферных источников в зоне активных долгот. В свою очередь сверхконцентрация породила блокировку дифференциального вращения, конвергентные и сдвиговые движения этих полей, возникновение четырехсекторной структуры, генерацию, накачки и, наконец, дестабилизацию центров активности с возникновением гелиосферной бури, что является логичным завершением этого длительного процесса [Иванов, 2009].
Таблица 2. Сопоставление краткосрочных прогнозов Ар-индекса с их реальными значениями в ходе солнечно-земных бурь 22—27 июля 2004 г.
Даты Агентства Буря
1Р5 ВЕС 5ШС
22 10 10 15 31
23 22 25 25 52
24 18 25 36 37
25 16 15 16 154
26 50 75 48 47
27 50 55 23 186
28 50 25 19 15
В следующем разделе показано, как эта конечная солнечная ситуация нашла свое отражение в свойствах межпланетных и околоземных возмущений, в частности, указанного выше каскада солнечно-земных бурь.
4. СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ ВО ВРЕМЯ ГЕЛИОСФЕРНОЙ БУРИ 16-27 ИЮЛЯ 2004 г.
Ниже, во-первых, характеризуется солнечная ситуация во время гелиосферной бури 16-27 июля 2004 г. (4.1); во-вторых, рассматриваются и увязываются с эт
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.