КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2013, том 51, № 2, с. 107-118
УДК 550.385
ВЛИЯНИЕ НАКЛОНА ФРОНТА НЕОДНОРОДНОСТИ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА НА СВОЙСТВА ВЫЗВАННЫХ ИМ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ
ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ © 2013 г. В. В. Мишин1, Ю. Ю. Клибанова1 2, Б. Цэгмэд1 3
1 Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск 2 Иркутская государственная сельскохозяйственная академия 3 Исследовательский центр астрономии и геофизики АН Монголии vladm@iszf.irk.ru Поступила в редакцию 23.08.2011 г.
По данным двух сетей канадских станций, а также вне — и внутримагнитосферных спутников исследуются дневные длиннопериодные геомагнитные пульсации, связанные с внезапными импульсами динамического давления солнечного ветра (СВ). Обсуждается влияние параметров СВ, межпланетного магнитного поля (ММП) и геомагнитной активности на направление распространения и поляризацию, а также амплитуду пульсаций. Показано, что при набегании фронта неоднородности солнечного ветра в месте его касания на магнитопаузе возбуждаются поверхностные колебания в диапазоне геомагнитных пульсаций Рс5, которые разбегаются от точки касания на ночную сторону с нарастанием амплитуды и с противоположной поляризацией. Свойства пульсаций, положение точки разбегания объясняются механизмом их возбуждения на магнитопаузе наклонным фронтом неоднородности, а также неустойчивостью Кельвина—Гельмгольца. Начало возбуждения пульсаций до прихода фронта Ssc — мгновенного начала бурь могли вызвать усиления плотности СВ, наблюдавшиеся перед ударным фронтом. Наблюдавшееся усиление геомагнитной активности после Ssc могло изменить направление распространения пульсаций с антисолнечного на солнечное. Анализ спектров колебаний, позволил предположить, что пульсации с частотой порядка 2.5 мГц имеют глобальный характер, не связаны с колебаниями СВ и возбуждаются резкими фронтами Ssc.
Б01: 10.7868/80023420613020027
1. ВВЕДЕНИЕ
Низкочастотные геомагнитные пульсации наблюдаются в ночное и в дневное время. На дневной стороне они могут быть обусловлены: проникновением волн из СВ [1, 2], развитием МГД неустойчивостей Кельвина—Гельмгольца и Рэ-лея—Тейлора на границе магнитосферы вследствие ее обтекания и резких перемещений под действием импульсов динамического давления [3, 4], а также раскачкой вынужденных колебаний границы под действием колебаний СВ или маг-нитослоя [5, 6]. На ночной стороне иррегулярные пульсации обусловлены суббурями [7—10].
Настоящая работа посвящена исследованию пульсаций, возбуждаемых резкими изменениями давления СВ и ММП. Как показано на базе данных сети якутских станций, слабо разнесенных по долготе, распространение пульсаций происходит с дневной стороны на ночную, от полудня в обе стороны: на запад и на восток [11]. В [12] на базе данных широкой сети станций северного полушария и Антарктиды в магнитоспокойное время исследованы пульсации, обусловленные изме-
нениями направления ММП на фоне почти неизменных параметров плазмы СВ. Показано, что точка разбегания пульсаций может смещаться от местного полудня: в вечернюю сторону при направлении ММП вдоль паркеровской спирали или в утреннюю сторону при ортоспиральном направлении ММП.
В данной работе на базе данных широко разнесенных канадских сетей станций на примере четырех событий рассматриваются обусловленные резкими изменениями динамического давления СВ пульсации на дневной стороне магнитосферы при разном уровне перепада плотности и геомагнитной активности для разных типов МГД разрывов на фронте импульса СВ. Далее для краткости под импульсами СВ мы понимаем резкие изменения параметров СВ и ММП на границах неодно-родностей СВ. На фронте импульсов (границе неоднородности СВ) изменение динамического давления РА ~ птРУ2/2 было обусловлено главным образом изменением концентрации п протонов СВ, поскольку она менялась сильнее скорости. По величине относительного изменения концентрации четыре рассмотренных события можно
Таблица 1
Код станции Название станции Географические координаты Геомагнитные координаты MLT 2005 год MLT, 6.IV. 2000 год
Широта Долгота Широта Долгота 15.VIII 16.VII 14.VI
DAWS Dawson 64.05 220.89 65.92 273.2 9.43 6.40 8.09 6.12
FSIM F. Simpson 61.76 238.77 67.33 293.54 11.17 8.09 9.38 7.41
FSMI Fort Smith 60.03 248.07 67.87 304.95 12.03 8.54 10.23 8.29
RABB Rabbit Lake 58.23 256.32 67.05 318.46 12.51 9.43 11.12 9.15
FCHU Fort Churchill 58.759 265.912 68.30 327.3 13.41 10.33 12.02 10.07
RANK 69.82 261.19 72.22 335.97 12.59 9.52 11.19 9.24
GILL Gillam 56.38 265.36 66.68 331.54 13.38 10.30 11.59 10.04
PINA Pinawa 50.20 263.96 60.55 330.38 10.27 11.59 10.00
VIC Victoria 48.52 236.58 53.73 296.7 11.23 8.15 9.44 -
OTT Ottawa 45.4 284.45 55.55 354.9 15.18 12.11 13.40 -
STJ St. John's 47.595 307.323 53.22 31.1 17.10 14.04 15.34 -
PBQ Poste de-la-Baleina 55.277 282.255 65.28 358.92 15.08 12.01 13.31 -
разбить на две пары. Первые два события характеризуются сильным изменением концентрации (когда отношение концентраций по обе стороны фронта неоднородности СВ составляло п2/п1 ^ 2), сопровождались Ssc. Два других события с менее резким изменением концентрации на фронте (и2/и1 < 1.5) можно отнести к классу мгновенных импульсов Si, поскольку они не сопровождались развитием бурь и суббурь [7]. Второй критерий отбора событий состоял в том, чтобы во время их регистрации канадские станции находились вблизи полудня по МЕГ. Это позволило проследить направление распространения геомагнитных пульсаций, поведение их амплитуды и поляризации в зависимости от параметров СВ, наклона фронта импульса СВ и уровня геомагнитной активности. Выполнить этот критерий удалось для нескольких событий.
2. ИСТОЧНИКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДАННЫХ И МЕТОДИКА ИХ ОБРАБОТКИ
Использованы данные магнитных наземных обсерваторий канадских сетей САЯКМА и CANMOS (см. табл. 1). Из исходных данных сначала удален низкочастотный тренд (/ < 0.0008 Гц) с помощью фильтра, разработанного на основе алгоритма Магшй [13], который не искажает фазу сигнала. Этот цифровой частотный фильтр представляет собой простую математическую процедуру, называемую спрямлением посредством сглаживания. Затем этим же методом проведена фильтрация на частотах 1.7 и 6.7 мГц, которая позволяет выделить колебания в диапазоне частот пульсаций Рс5.
Для сопоставления колебаний магнитного поля в СВ и на земной поверхности использованы спектральные мощности одновременных наблю-
дений, вычисленных с помощью быстрого преобразования Фурье. Времена задержки колебаний геомагнитного поля в диапазоне Pc5 между станциями определены кросскорреляционным анализом. Длительность рассматриваемого интервала колебаний была ограничена нами условием устойчивости направления поляризации и составляла обычно несколько колебаний (<10 мин).
В табл. 1 показаны географические и геомагнитные координаты станций, а также местное магнитное время наблюдения максимума цуга пульсаций. Три из четырех рассмотренных событий относятся к 2005 году, когда были доступны данные протяженной по долготе сети CANMOS (станции OTT, VIC, STJ, PBQ). В табл. 2 показаны направления поляризации - вращения вектора колебаний геомагнитного поля и значения амплитуд в плоскости (х,у) на станциях, приведенных на рис. 2, 5, 7, 9.
Для каждого события на рис. 1, 4, 6, 8 показаны вариации основных параметров СВ (скорость V, концентрация n), ММП (магнитная индукция B) по данным сайта CDAW [http://cdaweb.gsfc. nasa.gov/], полученным на спутниках ACE и WIND, а также значения AE индекса [http://omniweb. gsfc.nasa.gov/]. Время регистрации фронта неоднородности СВ на спутниках ACE и WIND при анализе данных "перенесено на Землю", а именно на графиках 1, 4, 6, 8 совмещено c временем tE вызванного фронтом резкого изменения магнитного поля на наземных станциях. Значение tE определяется как среднее значение между моментами начала изменения магнитного поля в корот-копериодных вариациях (геомагнитные пульсации по данным канадских станций с высокой раз-решаемостью) и в длиннопериодных вариациях (1-мин магнитограммы мировой сети станций) —
Таблица 2
Код станции 15.VIn.2005 20.10-20.18 UT 16.VII.2005 17.04-17.09 UT 14.VI.2005 18.33-18.40 UT 6.IV.2000
16.36-16.41 UT 16.41-16.44 UT
Поляризация Амплитуда, нТ Поляризация Амплитуда, нТ Поляризация Амплитуда, нТ Поляризация Амплитуда, нТ Поляризация Амплитуда, нТ
DAWS О 35.7 О 22.9 О 46.2 С 133.6 С 177.7
FSIM о 27.5 о 15.8 о 21.8 с 114.7 с 164.4
RABB о 23.2 о 8.9 о 9.8 о 86.9 о 64
GILL о 22.6 о 10.8 о 8 о 93.4 о 103.4
PBQ о 5.7 с 13.6 о 30
VIC о 6.6 о 6.8 о 9
OTT о 2.4 с 5.1 с 8
STJ о 0.9 о 5.3 о 12.3
начало первых опережает tE на 1 мин, а вторых — наоборот отстает на 1—2 мин. Таким образом, возможная неточность такого определения — порядка двух минут (неточность времени определения прихода фронта, определяемая сайтом OMNI может быть значительно больше, например для события Ssc 6.IV.2000 года фронт запаздывает относительно момента Ssc на 5—6 мин).
Считая фронт плоским, по временам его регистрации на двух спутниках ACE и WIND (без "переноса на Землю") и скорости СВ по методике [14] нами был рассчитан азимутальный угол ф наклона плоскости фронта, который отсчитывается против часовой стрелки от направления оси х в плоскости (х, у) системы GSE (в случае радиального распространения этот угол равен ф = 90°). Полученные таким образом значения ф сопоставлены со значениями этого же угла, а также угла наклона ММП и скорости СВ, рассчитанными по данным сайта http://omniweb.gsfc.nasa.gov/.
3. ДАННЫЕ НАБЛЮДЕНИИ ПАРАМЕТРОВ СВ И ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИИ
Рассмотрим сначала события класса Si, обусловленные слабыми импульсами СВ не вызвавшими магнитосферную бурю.
Событие 15.V1II.2005 года было вызвано самым слабым из рассмотренных импульсов. Этот день по данным GIB (Geomagnetic Indices Bulletin NGDC USA) является магнитоспокойным ранга
Q8. Величина индекса AE не превысила значения 100 нТ.
На рис. 1 представлены параметры ММП и СВ по данным спутника АСЕ уже с "переносом" времени на Землю (время задержки 43 мин). На фронте ММП повернулось на юг (Bz = —2 нТ), а параметры плазмы изменились слабо (
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.