ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 643-654
УДК 550.388.2
ВЛИЯНИЕ СУББУРИ И БУРИ НА ДИНАМИКУ SAR-ДУГИ. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
© 2004 г. И. Б. Иевенко, В. Н. Алексеев
Институт космофизических исследований и аэрономии СО РАН, Якутск
e-mail: ievenko@ikfia.ysn.ru Поступила в редакцию17.06.2003 г. После доработки 20.01.2004 г.
Представлены результаты анализа статистической связи интенсивности эмиссии 630.0 нм [OI] в среднеширотной красной дуге (SAR-дуге) и скорости ее движения в экваториальном направлении с индексами геомагнитной активности Dst, ASYM, AL и Kp при текущих значениях Dst до -135 нТл во время слабых и умеренных магнитных бурь. Работа выполнена на основе 700 часов спектрофото-метрических наблюдений SAR-дуг на меридиане Якутска в 1989-2000 гг. В частности, получено, что статистически значимая положительная связь интенсивности дуги (lg I) с кольцевым током появляется в области значений Dst < -50 нТл. Зависимости lgI от геомагнитных индексов ASYM, AL и Kp являются значимыми в выборках данных как с текущими Dst > -50, так и Dst < -50 нТл. Это, вероятнее всего, указывает на значительный вклад в генерацию SAR-дуги асимметричного кольцевого тока, возникающего на фазе расширения суббурь. Результаты наблюдений на меридиане Якутска в первом приближении согласуются с выводом Коула в 1965 г. о связи SAR-дуг с авроральной активностью в начале главной фазы магнитной бури.
1. ВВЕДЕНИЕ
Известно, что среднеширотные красные дуги наблюдаются во время магнитных бурь, которые определяются по вариации геомагнитного индекса Dst. В предложенном Коулом механизме генерации SAR-дуг [Cole, 1965; 1970] рассматривалось их возникновение во время главной фазы магнитной бури в процессе развития авроральных возмущений. Обобщение Коула хорошо согласовывалось с имеющимися в то время результатами наблюдений SAR-дуг. В последующем, после теоретической работы [Cornwell et al., 1971], установилось представление о формировании SAR-дуг на фазе восстановления бури. В этой работе считается, что во время главной фазы магнитной бури плазмопауза смещается на более низкие L-оболочки в направлении Земли. В период фазы восстановления происходит перекрытие расширяющейся плазмосферы с околоземной областью кольцевого тока, где в результате затухания Ландау ионно-циклотронных волн нагреваются холодные электроны. Поток сверхтепловых электронов вдоль магнитносиловых линий вызывает усиление красной линии атомарного кислорода на высотах области F2 ионосферы в виде среднеширотной красной дуги, которая отображает вновь сформированную границу плазмо-сферы (плазмопаузу).
В настоящее время также доминирует убеждение о связи SAR-дуг с фазой восстановления магнитной бури [Kozyra et al., 1997]. В то же время
спутниковые исследования в 1980-1990 гг. в ряде случаев свидетельствовали о проникновении энергичных частиц кольцевого тока во внешнюю плаз-мосферу на главной фазе магнитной бури и/или вовремя отдельных суббурь [Kozyra et al., 1993; 1997]. Результаты синхронных измерений на плазмо-сферных и ионосферных высотах спутниками DE1 и DE2 убедительно показали, что SAR-дуга может наблюдаться на широтах проекции радиального градиента плотности холодной плазмы внутри плазмосферы [Horwitz et al., 1986; Brace et al., 1988]. В работах [Иевенко, 1993; 1995а; 1999] получено, что SAR-дуга появляется и/или уярчается на фазе расширения суббури. Формирование SAR-дуги начинается в области экваториальной границы диффузного сияния (DA). В период фазы восстановления интенсивных суббурь на широтах SAR-дуги обычно наблюдаются пульсации свечения в эмиссии 427.8 нм N+ вследствие пульсирующих высыпаний энергичных частиц из области внешней плазмосферы [Иевенко, 1995а]. В случае длительной суббуревой активности SAR-дуга отделяется от DA и движется в экваториальном направлении [Иевенко, 1999].
Чтобы установить закономерности в проявлениях магнитосферной суббури в субавроральном свечении, авторами был проведен статистический анализ всего массива данных фотометрических наблюдений SAR-дуг на меридиане Якутска (~700 ч). В литературе имеется ряд статей с результатами анализа статистической связи интенсивности сред-
643
5*
N
06
21 ЬТ Б 12 ИТ
Рис. 1. Пример регистрации 5АЛ-дуги и диффузного сияния (ОА) сканирующим фотометром и фотокамерой всего неба с электронно-оптическим усилителем изображения 05.02.1989 г. в эмиссии 630.0 нм.
неширотных красных дуг с магнитными бурями. Впервые корреляционная связь интенсивности SAR-дуг с индексами магнитной активности Dst и Kp в основном для больших магнитных бурь была показана по данным оптических наблюдений в условиях высокой солнечной активности с 1956 по 1960 г. [Rees and Akasofu, 1963; Roach and Roach, 1963; Зайцева и др., 1971]. В работе [Лобзин и Павлов, 1998] по данным наблюдений SAR-дуг над Северной Америкой в 1978-1988 гг. выявлено, в частности, увеличение статистической связи интенсивности дуги с кольцевым током при переходе от умеренных магнитных бурь к сильным (-200 нТл < < Dst < -100 нТл). В этой статье впервые представлены результаты анализа корреляционной связи интенсивности эмиссии 630.0 нм [OI] в SAR-дуге (I) и скорости ее движения в экваториальном направлении (V) с магнитными индексами AL, Kp, Dst, ASYH и ASYD с целью определения влияния на динамику дуги суббуревой и буревой активностей. Рассмотрены статистические параметры анализируемых рядов данных. Работа выполнена на основе оригинальных данных спектрофотометричес-ких наблюдений на меридиане Якутска (ст. Майма-га, CGMC: 57°N, 200°E), которые были проведены авторами лично в 1989-2000 гг. в течение 326 ясных ночей.
2. МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИИ И АНАЛИЗА ДАННЫХ
Для проведения статистического анализа были использованы данные наблюдений 5А^-дуг и диффузного сияния (ОА) сканирующим вдоль меридиана фотометром с углом поля зрения 3° [Иевенко, 1993]. Аналоговые записи сигналов в эмиссиях 557.7 и 630.0 нм [01] позволяли уверенно идентифицировать неоднородности свечения в красной линии атомарного кислорода, характерных для 5А^-дуг, с амплитудой более 30-50 Рэлей. Верхний предел диапазона регистрации ~50 х 103 Рэлей давал возможность наблюдать ОА в двух эмиссиях полярнее дуги. Сканирование от южного горизонта до северного осуществлялось за 40 с. Полуширина установленных в фотометре интерференционных светофильтров равна 2-3 нм. Абсолютная энергетическая градуировка фотометра выполнялась методом опорного приемника [Иевенко, 19956]. Вариации чувствительности фотометра за весь период наблюдений не превышали ±12% относительно среднего уровня.
Регистрация свечения ночного неба в условиях хорошей прозрачности атмосферы проводилась в режиме сканирования через каждые 1, 2 или 5 мин в безлунные ночи зимних месяцев. На географической широте Якутска 62°К с конца апреля по сентябрь ночи являются белыми. На рис. 1 представлен пример регистрации 5А^-дуги сканирую-
щим фотометром и фотокамерой всего неба с электронно-оптическим усилителем изображения 05.02.1989 г. в эмиссии 630.0 нм. На изображениях в 00.20 и 02.00 ЬТ (геомагнитная полночь на меридиане Якутска в 00.40 ЬТ или в 15.40 ИТ) видна дугообразная полоса свечения в красной линии атомарного кислорода экваториальнее диффузного сияния в этой эмиссии, которое наблюдается в северной половине неба. На трехмерной диаграмме, составленной из отдельных сканограмм, заштрихованы неоднородности свечения с выраженным максимумом интенсивности на меридиональных сечениях. Можно видеть, что неоднородности свечения на сканограммах отображают положение красной дуги вдоль меридиана. В течение ночи дуга смещается в экваториальном направлении во время увеличения интенсивности диффузного сияния на севере. Изменение амплитуды пика свечения на сканограммах соответствует вариациям интенсивности красной дуги. Этот пример показывает возможность однозначной идентификации 8АЯ-дуг по данным сканирующего фотометра.
Первичная обработка экспериментальных данных заключалась в определении интенсивности эмиссии 630.0 нм в 8АЯ-дуге (I) выше фонового уровня на сканограммах, а также в вычислении широтного положения проекций на поверхность Земли максимума интенсивности дуги и ее границ для средней высоты свечения 450 км. Затем посредством компьютерной обработки были получены среднечасовые значения параметров I и V в Рэлеях и м/с соответственно для ряда данных из ~700 ч наблюдений 8АЯ-дуг в 1989-2000 гг. Время усреднения один час было взято в соответствии с временным масштабом стандартного индекса О81 и длительностью активной фазы суббури. Также определялось широтное положение максимума интенсивности ¿АЯ-дуги в конце каждого часа. Для проведения статистического анализа связи динамических параметров дуги с геомагнитным индексом Кр соответствующие операции были выполнены для трехчасовых интервалов времени. Кроме стандартных геомагнитных индексов АЬ и Кр в работе использованы индексы А8УИ и А8УО, которые вычисляются WDC в Киото. Исследовалась корреляционная связь с векторной суммой этих индексов (А8УИО), которая характеризует степень долготной асимметрии возмущения горизонтальной компоненты геомагнитного поля на низких широтах. Хорошая корреляция индексов А8УИ и А8УО с авроральным индексом АЬ и результаты спутниковых исследований дают основание связывать вариации геомагнитных индексов А8УМ с усилением продольных токов и частичного кольцевого тока на ночной стороне во время суббурь [Нишида, 1980; С1аиег й а1., 1983].
На рис. 2 приведен пример анализа данных для одной ночи наблюдения 8АЯ-дуги на меридиане
Якутска 04.12.1989 г. в течение 10 ч. Широкая красная дуга (рис. 2а) регистрировалась экваториальнее ОА в эмиссии 557.7 нм с 12.00 ИТ. Изменение уровня геомагнитной активности в течение наблюдений можно видеть по вариациям индексов Аи и АЬ на врезке. При слабой магнитной активности положение и интенсивность 8АЯ-дуги были относительно стабильны до 16.00 ИТ. Максимум интенсивности дуги был в окрестности зенита станции наблюдений. С 16.30 ИТ во время экваториального расширения ОА на фазе роста суббури увеличивается скорость смещения ¿АЯ-дуги до 25 м/с к более низким широтам. На рис
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.