ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2011, том 75, № 6, с. 857-859
УДК 524.1.550.3
ВАРИАЦИИ ЖЕСТКОСТИ ГЕОМАГНИТНОГО ОБРЕЗАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ В ПЕРИОД МАГНИТОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ В МАЕ 2005 г.: СВЯЗЬ С МЕЖПЛАНЕТНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ © 2011 г. М. И. Тясто1, О. А. Данилова1, В. Е. Сдобнов2
E-mail: Mtyasto@mail.ru; Sdobnov@iszf.irk.ru
Прослежена связь жесткостей геомагнитного обрезания, полученных методом глобальной спектрографической съемки и методом прослеживания траекторий частиц КЛ в магнитном поле модели магнитосферы Цыганенко 2001—2003 гг Ц03 с Dst-вариацией и межпланетными параметрами в период межпланетных и магнитосферных возмущений 15—19 мая 2005 г.
ВВЕДЕНИЕ
Сильные магнитосферные возмущения наблюдаются редко и сильно влияют на верхнюю атмосферу, ионосферу и внутреннюю магнитосферу. От состояния межпланетной среды зависят размеры и распределение токовых систем магнитосферы и, следовательно, асимптотические направления и жесткости геомагнитного обрезания космических лучей КЛ, которые отражают глобальную перестройку магнитных полей магнитосферы.
В [1—4] мы рассмотрели временные вариации теоретических и экспериментальных жесткостей геомагнитного обрезания в период некоторых сильных магнитных бурь. В данной работе мы исследовали связи геомагнитных порогов в период магнитосферных возмущений 15—19 мая 2005 г с Э81-вариа-цией и межпланетными параметрами.
МЕТОДЫ
Вариации жесткости геомагнитного обрезания аеэф и АЕСГС были рассчитаны соответственно методом прослеживания траекторий частиц в модельном поле магнитосферы Ц03 [8—10] и методом спектрографической глобальной съемки по данным мировой сети станций космических лучей [5—7] и сопоставлены с Э81-вариацией и межпланетными параметрами.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Временные изменения теоретических и экспериментальных жесткостей геомагнитного обрезания (ЖГО) в периоды 15—19 мая 2005 г приведены на рис. 1 в [2] вместе с Э81-вариацией, ^,-индексом гео-
Учреждение Российской академии наук Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн.
Учреждение Российской академии наук Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН, Иркутск.
магнитного поля, плотностью и скоростью vЖ солнечного ветра. Отметим, что 15 мая 2005 г. наблюдались довольно резкое возрастание скорости
солнечного ветра (до 959 км • с-1), плотности (~18 см-3 • с-1) и резкий спад геомагнитного поля в течение ~2 ч. Э81-вариация не превышала -150 нТл в течение 7-8 ч и достигла в минимуме значения —263 нТл. Восстановительная фаза бури была медленной и растянулась до 20 мая 2005 г. Столь же медленно спадала скорость солнечного ветра, а плотность снизилась существенно (до 0.3 см-3 • с-1) уже в конце суток 15 мая 2005 г. Наблюдается также резкое увеличение экспериментальных геомагнитных порогов с максимумом в ~4-6 иТ 15 мая, совпадающее с резким подъемом и подъемом Увеличение геомагнитных порогов АЕ составляет 0.37-0.58 ГВ на станциях Токио, Алма-Ата, Рим, Иркутск и 0.8-1.45 ГВ на станциях Москва, Ньюарк, Хобарт. В теоретических жесткостях обрезания также наблюдается некоторое увеличение (~0.2 ГВ), заметное на более высокоширотных станциях Иркутск, Москва, Нью-арк, Хобарт, при этом увеличение геомагнитных порогов наблюдается до начала главной фазы магнитной бури. Снижение геомагнитных порогов проявляется в период главной фазы геомагнитной бури на всех станциях, как в теоретических, так и в экспериментальных порогах.
Остановимся на связях геомагнитных порогов с межпланетными и геомагнитными параметрами.
В таблице приведены коэффициенты корреляции между теоретическими аеэф и экспериментальными аесгс геомагнитными порогами, Э81-вариа-цией, межпланетными параметрами В, Ву, Л^, и Рауп, являющимися входными параметрами использованной для расчетов аеэф модели магнитосферы и коэффициент корреляции К между порогами аеэф и аесгс. Как видно из таблицы, коэффициент корреляции К между аеэф и аесгс лежит в пределах 0.71-0.84 для всех станций, кроме Токио, где К = = 0.25. Из таблицы также видно, что корреляция
858
ТЯСТО и др.
ДЯ_Ток 1.2
ДЯ_ЛЛ 1.2
,у2 = 0.0015* - 0.0064 ■Я2 = 0.1538
■ ■ Я2 = 0-8678
0.8 0.4 0
-0.4 -0.8
"1:-300 -150 ДЯ_Яош 1.2
0 8 _у2 = 0.0031* + 0.1272 ' 1-Я2 = 0.6299
0.4
0 0.4 0.8
_1—300 -150 ДЯ_Мов 1.2
0 8 _ у2 = 0.004* + 0.2462 ' Р Я2 = 0.7669
0.4
0 0.4 0.8 1.2
0.8 0.4 0
-0.4
у1 = 0.0019* - 0.0143 —08
J_I
-1.2
. у2 = 0.003* + 0.1147 • Я2 = 0.5887
= .
»Т у1 = 0.0027* + 0.0266 Я2 = 0.8807
J_I_I_1_
100 -300 -150 ДЯ_1гк 1.2 Р
Г_ у2 = 0.0039* + 0.2153 -Я2 = 0.8018
у1 = 0.0025* + 0.0003 Я2 = 0.9024 J_I_I_I_I_I_I_I
0
0.8 0.4 0
-0.4 -0.8 1.2
у1 = 0.0034* - 0.01 Я2 = 0.8756 _£_I_I_I_I_I_I_I
->1 = 0.0038* - 0.0053 Я2 = 0.8971 И_I_I_I_I_I_I_I -1 2
100 -300 -150 ДЯ_НоЬ 1.2 0.8 0.4 0
-0.4 -0.8
-
_ ySd = = 0.004* + 0.2717
Я2 = 0.6034
:
_ д 1 Лр*
_ Л ✓ Л
_ У у1 = 0^039* - 0.0338
- V Я2 = 0.8356 11111 1 1
-300 -150 0 100 -300 -150 ДЯ_New 1.2
0 8 _ у2 = 0.0039* + 0.2573 ' |-Я2 = 0.6897
0.4 0
-0.4 -0.8 -1.2
у1 = 0.0027* - 0.0242 Я2 = 0.8881 _1_I_I_I_I_I
-300 -150
0 100
ДЯ_Ток 1.2
ДЯ_ЛЛ 1.2
. у2 = 0.0003* - 0.0436 Я2 = 0.049
-у1 = 0.0005* + 0.1132
'я2 = |°.47°1_|_|_ь
0 100
0 100
0.8 0.4 0 0.4 0.8
_Ь20 400 ДЯ_Яош 1.2 0.8 0.4 0 0.4 0.8 1.2
800
0.8 0.4 0
-0.4 -0.8
Т2001 2
. у2 = 0.0007* + 0.2519 Я2 = 0.2779
^ 1
-у1 = -0.0008* - 0.1669' Я2 = 0.3819 | |
. у2 = 0.0007* + 0.304 Я2 = 0.3009
у1 = 0.0008* + 0.1311 Я2 = 0.3996 \_I_I_I_I_
0 100
'0 400 800 ДЯ_Моз 1.2
0 8 |_ у2 = 0.0009* + 0.4527 ' Я2 = 0.3378
0.4 0 0.4 0.8 1.2
0
ДЯ_1гк 1.2 0.8 0.4 0
-0.4 -0.8 1.2
400 800 1200
-у2 = 0.0009* + 0.4489 Я2 = 0.3964
у = -0.0008* + 0.1623 ' Я2 = 0.3758 "
_1_
_1_
у2 = -0.0008* + 0.4077 -Я2 = 0.1978
"у1 = -0.0008* + 0.212 ■ "Я2 = 0.4276 '' _I_I_I_1_
1200 0 400 ДЯ_НоЬ 1.2 0.8 0.4 0
-0.4 -0.8
800 1200
0
400 800 ДЯ_New 1.2 0.8 0.4 0
-0.4 -0.8 -1.2
—1 -1.2 1200
_у1 = 0.001* - 0.224 -Я2 = 0.4488
_1_
_1_
_1_
0
400 800 1200
у2 = -0.0008* + 0.4178 Я2 = 0.2545
у1 = 0.0008*.-. 0.1327 Я2 = 0.4323 1_I_I_I_I_I
'0 400 800 1200 V
~ его
Рис. 1. Зависимость теоретических ЛЯЭф (точки) и экспериментальных геомагнитных порогов ЛЯСТс (треугольники) от для станций Токио, Алма-Ата, Рим, Иркутск, Москва, Хобарт, Ньюарк.
Рис. 2. Зависимости теоретических ЛЯЭф (точки) и экспериментальных ЛЯСТс (треугольники) геомагнитных порогов от скорости солнечного ветра Vsw для станций Токио, Алма-Ата, Рим, Иркутск, Москва, Хобарт, Ньюарк.
0
геомагнитных порогов лЯЭФ и лЯСГС с Ов11-вариаци- (0.44-0.63) для всех станций, за исключением Токио
ей самая высокая. Исключением является корреля- (°.22).
ция с Бвг для Токио (К = 0.39). Корреляция лЯЭФ с В1 На рж. 1 приведены к°рреладии ляэф и лясгс с
и Ву довольно слабая (не более 0.26 для В, не более 08!-вариацией (точки - ляэф, треугольники -
т^ а» лЯ<сГГ). На графиках видно, что регрессионные ко-0.31 для Вл). Корреляция экспериментальных лЯСГС
у ^ эффициенты зависят от широты: максимальные
с % и Ву также слаба или почти отсутствует. Отраже- значения коэффициенты имеют на станциях Ир-
ние плотности солнечного ветра в геомагнитных кутск, Ньюарк, Москва, Хобарт. Наблюдается также
порогах лЯЭФ и лЯСГС примерно одинаковое (К « зависящий от широты сдвиг регрессионных прямых
» 0 2-0 3) для лЯЭФ и лЯСГС относительно друг друга.
На рис. 2 показана зависимость геомагнитных
Связь ЛЯЭФ со скоростью солнечного ветра ^ порогов от Vsw (точки - лЯЭФ, треугольники -
довольно высока (К « 0.6-0.7), связь эксперимен- лЯсгс). На рис. 2 видим, что регрессионные прямые
тальных лЯСГС с несколько слабее, но значима сдвинуты одна относительно другой на ~0.2-0.3 ГВ
ВАРИАЦИИ ЖЕСТКОСТИ ГЕОМАГНИТНОГО ОБРЕЗАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ 859
Коэффициенты корреляции А^Эф (числитель) и А^СГС (знаменатель) с Оз^вариацией и межпланетными параметрами и коэффициент корреляции К между А^Эф и А^СГС
Станция Dst Bz By N V ' sw P 1 dyn K
Токио 0.93/0.39 0.21/0.20 0.31/0.19 0.15/0.27 0.69/0.22 0.14/0.21 0.25
Алма-Ата 0.94/0.77 0.14/0.19 0.28/0.01 0.22/0.28 0.63/0.53 0.05/0.13 0.71
Рим 0.95/0.79 0.12/0.19 0.20/0.04 0.24/0.28 0.63/0.55 0.02/0.02 0.76
Иркутск 0.94/0.90 0.22/0.12 0.22/0.19 0.25/0.24 0.61/0.63 0.03/0.05 0.84
Москва 0.95/0.88 0.17/0.07 0.16/0.22 0.23/0.27 0.65/0.58 0.04/0.09 0.83
Ньюарк 0.92/0.83 0.18/0.004 0.23/0.17 0.22/0.33 0.66/0.50 0.07/0.17 0.72
Хобарт 0.91/0.78 0.26/0.002 0.28/0.15 0.17/0.36 0.67/0.44 0.14/0.21 0.72
на станциях с геомагнитными порогами спокойного времени менее 3.24 ГВ (ст. Иркутск).
Согласно [8—10], магнитосферная граница аппроксимирована эллипсоидно-цилиндрической поверхностью, форма которой соответствует ее среднему положению по измерениям на спутниках, и размер контролируется давлением солнечного ветра. Следовательно, динамическое давление солнечного ветра Рауп должно найти отражение в геомагнитных порогах. Однако, как видно из таблицы, корреляция геомагнитных порогов с РЛуп крайне низка. В данном случае наблюдается более высокая корреляция геомагнитных порогов с К^, чем с Л«,, в то же время, например, в период бури в ноябре 2003 г. корреляция геомагнитных порогов с плотностью была более значимой, чем со скоростью солнечного ветра [1, 4].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Достаточно хорошая корреляция между АКЭФ и АЯСГС свидетельствует о том, что модель магнитосферы Ц03 и использованная модель вариаций интенсивности космических лучей в целом описывают основные черты динамики геомагнитных порогов, хотя нужно отметить разную зависимость изменений геомагнитных порогов от широты [1, 4].
Прямолинейная зависимость А^ЭФ и АРСГС от Оз^вариации для данного пункта означает, что основной причиной изменения порогов за счет Эз1-ва-риации являются в основном круговые токи так же, как в период бурь в ноябре 2003 г. и в ноябре 2004 г. [1-4].
Связь геомагнитных порогов с динамическим давлением солнечного ветра слаба, однако на большинстве станций наблюдаются довольно хорошая связь порогов со скоростью солнечного ветра Vж и довольно слабая корреляция с плотностью Л?™,. В период бури в ноябре 200
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.