УДК 523.72:550.385.27
ТОНКАЯ СТРУКТУРА ВЫСЫПАНИЙ ЧАСТИЦ ВО ВРЕМЯ РАЗВИТИЯ СУББУРЬ НА ВЫСОКИХ ШИРОТАХ
© 2014 г. И. В. Дэспирак1, В. Х. Гинева2, Ж. В. Дашкевич1
Полярный геофизический институт КНЦРАН, г. Апатиты (Мурманская обл.)
2Институт Космических Исследований и Технологий БАН, Стара Загора, Болгария
e-mail: despirak@pgia.ru Поступила в редакцию 22.01.2013 г.
После доработки 23.07.2013 г.
Характеристикой энергии высыпающихся частиц, вызывающих полярные сияния, может служить отношение различных эмиссий атомов и молекул верхних слоев атмосферы. Известно, что во время развития суббури спектр высыпающихся электронов становится жестче. Для оценки жесткости спектра высыпающихся электронов мы использовали отношение интенсивности красной линии /63Ш к зеленой линии /55-7-7. Параметр /б300//5577 был использован для грубой оценки энергии электронов в дугах полярных сияний, наблюдающихся в разных частях авроральной выпуклости — на полярном краю выпуклости и внутри нее. По данным зенитного фотометра и камер всего неба высокоширотных обсерваторий Баренцбург и Longyearbyen (LYR) во время зимнего сезона 2007—2008 гг. и в январе 2006 г. были проанализированы вариации красной и зеленой линий эмиссий в дугах полярных сияний во время суббурь. Показано, что среднее значение отношения эмиссий /б3оо//5577 для дуг внутри авроральной выпуклости выше, чем для дуг на полярном краю выпуклости. Это означает, что высыпания наиболее энергичных электронов наблюдаются в дугах на полярном краю суббуревой аврораль-ной выпуклости .
DOI: 10.7868/S0016794014020084
1. ВВЕДЕНИЕ
Отношения эмиссий различных атомов и молекул верхних слоев атмосферы могут служить характеристикой энергии высыпающихся частиц, вызывающих полярные сияния [Rees and Luckey, 1974]. Согласно [Whalen, 1983] поток энергии высыпающихся частиц максимален в центре области диффузных свечений и спадает по закону Гаусса к ее краям. Вероятность электронных высыпаний со средней энергией >5 кэВ уменьшается при движении к полюсу от центра области диффузных свечений, тогда как для высыпаний с энергией <1 кэВ, наоборот, возрастает [Eather and Mende, 1972]. Для оценок характерной энергии спектра высыпающихся электронов использовались различные соотношения эмиссий — например, отношение интенсивности красной линии /6300 к интенсивности зеленой линии /5577, интенсивности красной линии к интенсивности голубой линии /6300//4278 или соотношение линий /3371//4278 и т.д. (например, [Rees and Lum-merzheim, 1989; Strickland et al., 1989]).
В некоторых работах для оценки жесткости спектра высыпающихся электронов было использовано отношение интенсивностей красной линии /6300 к зеленой линии /5577. Чем ниже это отношение, тем выше энергия высыпающихся частиц. Так в работах [Хвиюзова и Леонтьев, 1997,
2001] с помощью этого соотношения эмиссий были исследованы спектральные характеристики сияний во время различных типов потоков солнечного ветра. Было показано, что для сияний, наблюдающихся при прохождении высокоскоростного рекуррентного потока, характерно высыпание в атмосферу жестких электронов и отсутствие высыпаний мягких (<1 кэВ) электронов [Хвиюзова и Леонтьев, 1997]. Эти результаты были получены на основе большой статистики (наблюдения сияний в обсерватории Лопарская за 1970—1985 гг.), представлены среднегодовые значения величины отношения интенсивностей сияний. Надо отметить также, что в этих работах не проводилось разделения наблюдавшихся спектральных характеристик сияний по определенным типам сияний — например, во время суббурь. Во время развития суббури спектр высыпающихся электронов становится жестче. На наш взгляд, интересно проследить динамику спектральных характеристик сияний во время развития суббури.
В нашей работе мы будем использовать соотношение интенсивностей эмиссий /бзсю/15577 для грубой оценки энергии электронов в дугах полярных сияний, наблюдающихся в разных частях суббуревой авроральной выпуклости — на полярном краю распространяющейся к полюсу выпуклости и внутри нее. Известно, что во время суббури происходит формирование авроральной вы-
пуклости—области сияний, занятой яркими короткоживущими дугами [Akasofu, 1964]. Схема развития суббури была подробно описана во многих работах. На предварительной фазе суббури дуги овала сияний движутся к экватору, область полярной шапки расширяется, исчезают дуги "сияний полярной шапки" [Старков и Фельд-штейн, 1971; Исаев и Пудовкин, 1972]. Фаза развития суббури начинается со вспышки одной, обычно наиболее экваториальной, из существующих дискретных дуг сияний (брейкап). Образуется движущаяся на запад волна в сияниях, после чего область, занятая яркими короткоживущими дугами (авроральная выпуклость), расширяется во все стороны, главным образом на запад, восток, и по направлению к полюсу. Развитие авроральной выпуклости происходит не непрерывно, а состоит из отдельных микросуббурь [Sergeev, 1974; Сергеев и Яхнин, 1979а]. Микросуббури развиваются в разных долготных секторах и продолжаются 5—10 мин. В каждой микросуббуре наблюдается движение сияний к полюсу, но не непрерывно, а за счет отдельных активизаций — вспышек новых дуг по-лярнее предыдущих [Sergeev and Yahnin, 1979]. На фазе восстановления яркие дискретные дуги на полярной границе полосы свечения вырождаются в иррегулярные полосы и затухают. Вся полоса сияний сжимается, так как южная граница смещается к северу, а полярная — к экватору.
На полярном краю авроральной выпуклости обычно наблюдаются дискретные сияния, которым должны соответствовать более высокие энергии частиц [Akasofu, 1974]. Однако специально сравнение энергии частиц в сияниях на полярном краю выпуклости и энергий частиц в сияниях внутри выпуклости не проводилось. Существует работа, в которой изучалась динамика полярной границы аврорального овала во время суббури, где было показано, что наиболее энергичные частицы наблюдались на полярном краю полосы свечения [Зверев и Старков, 1974]. Но подробно тонкая структура высыпаний частиц в аврораль-ной выпуклости не исследовалась.
Целью нашей работы является сравнение энергии высыпающихся электронов для дуг сияний на полярном краю суббуревой авроральной выпуклости и внутри нее. Для этой цели были использованы наблюдения эмиссий полярных сияний на двух станциях — Баренцбург и LYR. Для определения наличия и фазы развития суббурь были использованы данные камер всего неба в этих обсерваториях и данные цепочки магнитных станций IMAGE.
2. ДАННЫЕ
В работе использованы данные двух высокоширотных обсерваторий на архипелаге Шпицбер-ген—Баренцбург (78.093° N, 14.208° E) и Longyear-
byen (78.20° N, 15.83° E). Обычно суббури наблюдаются экваториальней, на более низкоширотных станциях, но иногда, в основном, во время рекуррентных высокоскоростных потоков солнечного ветра возмущения доходят и до высоких широт [Дмитриева и Сергеев, 1984; Дэспирак и др., 2008]. Эти высокоширотные станции были выбраны, чтобы была возможность точнее контролировать прохождение суббури с юга на север, определять полярный край авроральной выпуклости.
По данным наблюдений обсерватории Баренцбург во время зимнего сезона 2007—2008 гг. (12.12.2007—12.01.2008) и данным обсерватории LYR за период с 23 по 28 января 2006 г. были проанализированы вариации красной и зеленой линий эмиссий в дугах полярных сияний во время суббурь. Были использованы одновременные данные зенитного фотометра и ТВ наблюдений полярных сияний камеры всего неба в Баренц-бурге и данные камеры всего неба в зеленой и красной линиях в обсерватории LYR. Критерий отбора данных был следующий:
1) наблюдение сияний камерой всего неба в обсерватории Баренцбург или наблюдение камерой всего неба сияний в эмиссиях 557.7 нм и 630.0 нм в обсерватории LYR;
2) наличие измерений фотометра (для обсерватории Баренцбург);
3) наличие суббури (контролировалось по цепочке IMAGE и камерой всего неба);
4) чистое небо (без облаков).
Надо отметить, что случаев, удовлетворяющих этому критерию, оказалось довольно мало. Так, например, для обсерватории Баренцбург за период наблюдения зенитного фотометра с 12 декабря по 12 января 2008 г. было зарегистрировано 67 случаев наблюдения суббурь цепочкой магнитометров IMAGE. Из них только 14 суббурь были зарегистрированы камерой всего неба в Баренц-бурге, и из них только 2 суббури наблюдались в условиях чистого (без облаков) неба.
В результате, по двум обсерваториям — Баренцбург и LYR — было отобрано три случая: один случай (26 января 2006 г.) по обсерватории LYR и два случая (6 января 2008 г. и 16 декабря 2007 г.) по обсерватории Баренцбург.
Далее в разделе 3 на примере двух случаев (06 января 2008 г. и 26 января 2006 г.) представлены результаты работы, которые затем обсуждаются в разделе 4. Раздел 5 содержит основные выводы.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ
Для каждого случая были исследованы следующие спектральные характеристики: интенсивность в зените зеленой линии I5577, интенсивность
IMAGE magnetometr network 2008-01-06
nT
250 -
NAL 200 -
LYR 150 -
100 -
HOR 50 Z
BJN 54380 Z
SOR D
MAS 7430 -
MUO -50 -
PEL -100 -
-150 -
OUJ -200 -
NAN -250 -
-300 :
NUR 21
TAR
Magnetometr
deg
20 21 \ 22/ Hour (UTT
00
Рис. 1. Магнитограммы цепочки магнитных станций IMAGE и магнитограмма обсерватории LYR за 06 января 2008 г. Слева (а) — магнитограммы цепочки магнитных станций IMAGE, вариации Х компоненты магнитного поля на станциях меридиональной цепочки TAR—NAL во время 18—24 UT 06 января 2008 г. Овалом отмечена рассматриваемая суббуря в 21:56. Справа (б) — вариации H, D и Zкомпонент магнитного поля, зарегистрированные на станции LYR. Мик-росуббури отмечены стрелками 1, 2, 3 и были зарегистрированы в 21:56, 22:09, 22:17 UT соответственно.
а
б
2
в зените красной линии /6300 и отношение интен-сивностей этих эмиссий I6300/I5577.
3.1. Случай 06 января 2008 г.
Случай 06 января 2008 года является типичным примером наблюдения высокоширотной суббури: суббуря началась на низких широтах, в аврораль-ной зоне (станция Oulujarvi (OUJ), ~61° CGMLat), потом возмущение достигло Баренцбурга и продвигалось дальше, к полюсу. Таким образом
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.