ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2008, том 48, № 1, с. 32-39
УДК 550.338
ВАРИАЦИИ ЭКВАТОРИАЛЬНОЙ ГРАНИЦЫ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ МАГНИТОСФЕРЫ ЗЕМЛИ С ПОТОКАМИ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА ОТ ИЗОЛИРОВАННЫХ СОЛНЕЧНЫХ
ИСТОЧНИКОВ
© 2008 г. В. Л. Зверев, Т. А. Хвиюзова
Полярный геофизический институт КНЦ РАН, Апатиты (Мурманская обл.) e-mail: zverev@pgi.kolasc.net.ru; hviuz@pgi.ru Поступила в редакцию 17.05.2006 г. После доработки 18.06.2007 г.
По наземным и спутниковым наблюдениям полярных сияний проведены статистические исследования положения экваториальной границы аврорального свечения в периоды взаимодействия магнитосферы Земли с изолированными потоками солнечного ветра от различных источников на Солнце. Проведенные исследования являются продолжением серии работ, выполненных в целях создания методики прогнозирования полярных сияний по характеристикам межпланетной среды и авроральных возмущений. Представлены зависимости минимального положения экваториальной границы аврорального свечения Ф' от величин азимутальной компоненты межпланетного электрического поля Ey и AL-индексов магнитной активности, усредненных за 6 и 24 часа. На плоскостях "Ф'-Ey" и "Ф'-AL" определены пределы распределения для каждого типа изолированных потоков солнечного ветра.
PACS: 94.20.Ac, 94.30.Va, 96.50.ci
1. ВВЕДЕНИЕ
Геомагнитная широта экваториальной границы аврорального свечения Ф' является одной из важнейших характеристик авроральных возмущений наряду с яркостью, интенсивностью спектральных эмиссий и шириной овала полярных сияний. Известно, что во время геомагнитных возмущений эта граница сдвигается в более низкие широты. Имеются многочисленные статистические исследования вариаций положения границ полярных сияний как от уровня геомагнитной активности, так и от параметров межпланетной среды. Доминирующую роль в изменениях положения аврорального свечения играет южная компонента межпланетного магнитного поля (Bz ММП) или азимутальная компонента электрического поля (Ey = BzV) [Воробьев и Зверев, 1982; Meg, 1984; Kamide and Winnigham, 1977; Vorobjov et al., 2003; Nakai and Kamide, 1983 и другие]. В этих и многих других работах исследовались связи между положением экваториальных границ различных типов высыпаний и индексами геомагнитной возмущенности: 3-х часовым индексом планетарной магнитной активности Kp [Nakai and Kamide, 1983; Gussenhoven et al., 1983], индексами интенсивности авроральных элек-троджетов AL и AE [Kamide and Winningham, 1977; Воробьев и др., 2000; Старков и др., 2002; Старков и др., 2003; Воробьев и Ягодкина, 2005] и индек-
сом геомагнитной бури Dst [Meng, 1984; Хороше-ва, 1987; Воробьев и Ягодкина, 2005]. Рассматривались также временные изменения Ф' в течение развития авроральных возмущений как статистически, так и по отдельным событиям. В некоторых работах представлены аналитические уравнения зависимости положения экваториальной границы аврорального свечения от индексов геомагнитной активности или от параметров солнечного ветра и ММП. Эти уравнения либо линейные, либо представляют собой полиномы не выше второго порядка. В таких исследованиях данные наблюдений усреднялись независимо от солнечных источников и типов потоков солнечного ветра, определяемых этими источниками, хотя в некоторых работах по полярным сияниям и указывались предполагаемые солнечные источники. Различие параметров в потоках солнечного ветра проявляются в геофизических процессах при взаимодействии потоков с магнитосферой Земли. В полярных сияниях это различие проявляется как в величине интенсивности различных эмиссий [Хвиюзова и Леонтьев, 1997, 2001, 2002], так и в положении минимальной широты Ф'. В работах [Sheeley, 1978; Евлашин и Хвиюзова, 1990] приведены минимальные широты экваториальной границы полярных сияний в их взаимосвязи с солнечными источниками. При этом показано, что на положение границы сияний влияет не только интенсивность солнечных источников, но и их
расположение относительно центрального меридиана (ЦМ) на Солнце. Потоки солнечного ветра от разных солнечных источников на орбите Земли обладают разными, но вполне определенными пределами параметров плазмы и ММП [Ермолаев, 1990; Иванов, 1996; Хвиюзова и Леонтьев, 2000]. Однако статистических исследований о положении границ полярных сияний для отдельных типов потоков мало. Кроме того, в этих работах не проведено разделение потоков солнечного ветра на изолированные и составные.
В настоящей работе исследуются широтные изменения экваториальной границы аврорально-го свечения при взаимодействии магнитосферы Земли с изолированными потоками солнечного ветра от различных источников на Солнце. Рассматриваются изолированные потоки солнечного ветра, так как в отличие от составных потоков, которые образуются в результате взаимодействия на орбите Земли нескольких изолированных потоков, их индивидуальные свойства проявляются в наиболее чистом виде. В целях использования результатов исследований для прогнозирования ав-роральных возмущений полученные данные представлены на плоскостях распределений "Ф'-Ey" и "Ф'-AL". Для каждого типа изолированного потока солнечного ветра определены зависимости минимальной широты экваториальной границы ав-рорального свечения Ф' от величины азимутальной компоненты межпланетного электрического поля Ey и средними за 6 и 24 ч величинами AL-индекса. Некоторые результаты зависимости положения экваториальной границы сияний от среднесуточных значений AL-индекса опубликованы в докладах Ежегодного Апатитского семинара [Zverev et al., 2003; Zverev and Hviuzova, 2004].
2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ
В работе использованы данные наблюдений полярных сияний камерами всего неба на станциях северного и южного полушарий: Лопарская (Ф' ~ 64.7° N), Тикси (Ф' ~ 65.8° N), Уэлен (Ф' ~ ~ 62.5° N) и Новолазаревская (Ф'--62.5° S); данные регистрации полярных сияний спутниками DMSP за 1972-1977 гг. [Report UAG-78, 1980; Gussenhoven et al., 1983]; данные о солнечных вспышках [Solar Data]; об исчезнувших волокнах [Wright, 1991] и о корональных дырах [Sanchez-Ibarra and Barrasa-Paredes, 1992]. Значения AL-индексов взяты в [Reports-UAG за 1971-1978 гг.]. Данные по ММП и плазме солнечного ветра взяты по системе OMNI Web. Идентификация потоков солнечного ветра проводилась по признакам, описанным в [Ермолаев, 1990; Иванов, 1996; Хвиюзова и Леонтьев, 2000]. Средние параметры плазмы и ММП для различных типов потоков солнечного ветра приведены в работах [Ермола-
ев, 1990; Хвиюзова и Леонтьев, 2000]. Для каждого отобранного события аворального возмущения определялись минимальные значения положения экваториальной границы аврорального свечения Ф' в ночном секторе и сопоставлялись с величиной азимутальной компоненты электрического поля (Ey) за 1 ч до этого. Также были сделаны сопоставления Ф' со среднесуточным AL-индексом авроральных возмущений и средним за 6 ч AL-ин-дексом до момента минимального значения Ф'. Выбор параметров определялся хорошо известными фактами их взаимосвязи с характеристиками полярных сияний. В основных, рассмотренных нами, потоках солнечного ветра Земля находится от 6 до 24 ч. В связи с этим каждое измерение положения Ф' сопоставлялось с величиной AL-индекса с различными периодами усреднения. Наилучший коэффициент корреляции между Ф' и AL-индексом и Ey был найден при усреднении их за 5-6 ч, предшествующих измерению [Sauvaud et al., 1983; Nakai and Kamide, 1983]. Известно, что интенсивность полярных элек-троджетов линейно зависит от величины межпланетного электрического поля [Meloni et al., 1982], поэтому обе картины на плоскостях "Ф'-Ey" и "Ф'-AL" должны быть подобны. Однако для прогнозирования более удобно их раздельное представление, так как цели прогноза и возможность получения данных для прогнозного фона могут быть различными.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Изолированные потоки солнечного ветра можно разделить на квазистационарные и нестационарные. Из квазистационарных потоков были рассмотрены: высокоскоростные потоки от корональных дыр (ВСП от КД), некомпрессионные увеличения плотности солнечного ветра (NCDE), спокойные гелиосферные токовые слои и стримеры (ГТС). Из нестационарных потоков: кромки ВСП от КД, медленные волоконные потоки, вспышки и быстрые волоконные потоки. Последние рассматриваются вместе, так как они оба имеют две структурные области (ударный слой и магнитное облако), и их параметры часто близки по своим значениям, что при большой солнечной активности затрудняет идентификацию источника для изолированных потоков солнечного ветра.
3.1. Квазистационарные потоки солнечного ветра
Продолжительность пересечения Землей тела ВСП от КД составляет от 1 до 10 дней. Для определения положения экваториальной границы сияний было отобрано 59 событий. Полярные и экваториальные КД рассматривались вместе. Определялась минимальная широта экваториальной
Ф, град 63 г
62 61 60 59
58
57
I I
I M I
0
1
23
AL (среднесут.), нТл -300
-250
-200
-150
-100
23
89
Дни
Рис. 1. Вариации положения экваториальной границы аврорального свечения при прохождении Землей тела высокоскоростных потоков от корональных дыр (а), изменение среднесуточных значений AL-индекса при прохождении Землей тела ВСП от КД (б). 0 — кромка, 1—9 — дни тела ВСП от КД.
границы сияний Ф' для каждого дня, и методом наложения эпох рассчитывались средние значения положения экваториальной границы сияний. За нулевой день принимался день пересечения Землей ведущей кромки ВСП от КД, которая относится к нестационарным потокам и будет рассмотрена отдельно. На рис. 1а приведены средние минимальные значения положения экваториальной границы сияний в 1—9 дни прохождения Землей тела ВСП от КД. Вертикальными линиями показаны среднеквадратичные ошибки. Видно, что наиболее низкие широты экваториальной границы сияний наблюдаются в первый день нахождения Земли в теле потока (Ф' ~ 60°) с постоянным увеличением широты до Ф' ~ 62° к шестому дню. Это может быть связано с постепенным уменьшением основных параметров плазмы в теле из-за его асимметрии. В качестве подтверждения может служить уменьшение среднесуточных значений
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.