научная статья по теме ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ФАЗА СВЕРХСИЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ БУРИ 15–17 ИЮЛЯ 2000 Г.: СУББУРИ И ULF ПУЛЬСАЦИИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ФАЗА СВЕРХСИЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ БУРИ 15–17 ИЮЛЯ 2000 Г.: СУББУРИ И ULF ПУЛЬСАЦИИ»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2009, том 49, № 3, с. 321-334

УДК 550.385.47

ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ФАЗА СВЕРХСИЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ БУРИ 15-17 ИЮЛЯ 2000 г.: СУББУРИ И ULF ПУЛЬСАЦИИ

© 2009 г. Н. Г. Клейменова12, О. В. Козырева1

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Москва 2Институт космических исследований РАН, Москва e-mail: kleimen@ifz.ru Поступила в редакцию 22.12.2008 г.

Выполнен анализ данных геомагнитных наблюдений на глобальной сети наземных обсерваторий во время восстановительной фазы сверхсильной магнитной бури 15—17 июля 2000 г. (Bastille Day Event, Dst-индекс = —301 нТл). Показано, что с началом восстановительной фазы бури магнитная активность не прекратилась, а резко переместилась в полярные широты. Суббури полярной шапки сопровождались последующим развитием интенсивных геомагнитных пульсаций в утреннем секторе аврораль-ных широт. При этом колебания в полосе частот 1—2 мГц наблюдались на геомагнитных широтах выше ~62°, а в полосе 3—4 мГц — на широтах ниже ~62°. Обнаружено подобие спектров вариаций динамического давления солнечного ветра и амплитудных спектров геомагнитных пульсаций на земной поверхности. Неожиданным было появление волновой активности в вечернем секторе авроральных широт после развития околополуночных полярных суббурь. Установлено, что, как и во время восстановительной фазы сверхсильных магнитных бурь октября и ноября 2003 г., в позднюю стадию восстановительной фазы обсуждаемой бури наблюдалась пространственная асимметрия генерации геомагнитных пульсаций Pc5 (в данном случае в полосе частот 3—4 мГц) относительно полдня. В утреннем секторе возбуждение интенсивных колебаний происходило в авроральных широтах, в то время как в послеполуденном секторе — в субавроральных и средних широтах. Причина появления такой асимметрии, типичной для восстановительной фазы сверхсильных магнитных бурь, остается неизвестной.

PACS: 94.30.Ms; 94.30.Lr

1. ВВЕДЕНИЕ

Сверхсильными или гигантскими называются магнитные бури, в главную фазу которых минимальные значения Dst-индекса <—250 нТл [Loewe and Prolss, 1997]. Как правило, сверхсильные магнитные бури вызываются подходом к магнитосфере межпланетного магнитного облака, связанного с корональным выбросом массы (СМЕ). Исследование геомагнитных проявлений отдельных гигантских магнитных бурь представляет большой интерес, поскольку каждая такая буря является следствием сочетания экстремальных значений параметров солнечного ветра и ММП и представляет собой уникальное явление. Развитие геомагнитных возмущений в это время, как правило, происходит по нестандартному сценарию. В главную фазу таких бурь сильно возрастает интенсивность авроральных электроструй, которые резко смещаются в сторону экватора, а полярные сияния могут наблюдаться даже на средних и низких широтах.

Восстановительная фаза бури (dDst/dt > 0) обычно начинается после поворота к северу Bz ММП, т.е. с прекращением поступления энергии солнечного ветра в магнитосферу Земли. Размер магнитосферы постепенно увеличивается, и она возвращается к спокойному состоянию. Как пра-

вило, магнитосферные суббури, типичные для главной фазы магнитной бури, в восстановительную фазу бури прекращаются. Эта фаза магнитной бури обычно характеризуется возбуждением в авроральных широтах утренних геомагнитных пульсаций типа Pc 5 [Троицкая и др., 1967; Афанасьева и др., 1977; Posch et al., 2003], морфологические характеристики которых позволяют предположить их резонансную природу.

Однако выполненные нами исследования геомагнитных пульсаций диапазона Pc5 в восстановительную фазу очень сильных магнитных бурь 2003—2005 гг. показали, что характеристики наблюдаемых колебаний во время таких бурь не всегда могут быть объяснены в рамках резонансной теории генерации волн [Kleimenova et al., 2005; Клейменова и Козырева, 2005, 2007; Kleimenova and Kozyreva, 2008]. К такому же выводу пришли и авторы работ [Dmitriev et al., 2005; Potapov et al., 2006], анализируя Pc5 пульсации в восстановительную фазу сверхсильной магнитной бури 29— 31 октября 2003 г. Следовательно, можно предположить, что геомагнитные колебания в диапазоне 1—6 мГц, наблюдаемые на восстановительной фазе сверхсильных магнитных бурь, могут отличаться от "классических" Pc5 пульсаций, источником энергии которых принято считать высокоско-

ростные потоки солнечного ветра (например, [Engebretson et al., 1998; Baker et al., 2003]).

В редком случае, когда восстановительная фаза сильной магнитной бури развивается при слабо отрицательных, но стабильных значениях Bz ММП, в ночном секторе авроральных широт могут наблюдаться так называемые конвективные магнитные бухты, как это происходило в бурю 8 ноября 2004 г. [Manninen et al., 2008].

Целью данной работы является исследование пространственно-временных особенностей магни-тосферных суббурь и геомагнитных пульсаций диапазона Pc5 в восстановительную фазу очень сильной магнитной бури 15—17 июля 2000 г. (Bastille Day Event, Dsí-индекс = —301 нТл). Подробного анализа геомагнитных возмущений во время этой супербури ранее не проводилось, вероятно, и по той причине, что буря произошла летом, когда нет наземных наблюдений полярных сияний.

2. НАБЛЮДЕНИЯ

Для анализа наземных геомагнитных возмущений были использованы цифровые 1-мин базы данных наблюдений на широтных профилях глобальной сети наземных обсерваторий (INTERMAGNET, IMAGE, SAMNET, CARISMA, MACCS, GREENLAND, Meridian 210°). Координаты и международные коды используемых точек наблюдений указаны на рисунках.

2.1. Условия в межпланетной среде

Корональный выброс массы (СМЕ), вызвавший обсуждаемую бурю, наблюдался на Солнце 14 июля, поэтому магнитная буря получила название "Bastille Day Event". В максимуме главной фазы бури значение Dsí-индекса достигло —301 нТл. Во время бури регистрировались очень большие отрицательные значения Bz компоненты ММП (до —60 нТл) и скорости солнечного ветра (до 1000 км/с). Интенсивные суббури с амплитудой более 2000 нТл наблюдались 15 июля в 14—19 UT Однако минимум Dsí-ва-риации отмечался 16 июля в 00—01 UT, в это время скорость солнечного ветра оставалась очень высокой (~1000 км/с), значения Bx и By компонент ММП были около +25 нТл. К сожалению, данные о Bz ММП для этого отрезка времени отсутствуют.

Восстановительная фаза бури началась после 02 UT с появлением больших положительных значений Bz ММП (—ь35 нТл). Вариации Dsí-ин-декса, параметров солнечного ветра и ММП в восстановительную фазу бури 16 апреля 2000 г. приведены на рис. 1 (база 1-мин данных OMNI http://nssdc.gsfc.nasa.gov/omniweb). Видно, как постепенно вариации всех компонент ММП к —08—09 UT возвращаются к невозмущенному состоянию, поэтому интервал 02—09 UT может быть отнесен к ранней стадии восстановительной фа-

;р, зы магнитной бури, а интервал после 09 UT — к ее поздней стадии. Скорость солнечного ветра даже а- в поздней стадии восстановления оставалась до-бо статочно высокой (~750 км/с), а значения Dst-ин-Bz декса — большими отрицательными (—140 нТл). о- В вариациях плотности солнечного ветра, как в ые ранней, так и в поздней стадии восстановитель-)ю ной фазы бури наблюдались отдельные резкие всплески, т.е. импульсное возрастание динамиче-ие ского давления.

и-

[а- 2.2. Магнитные суббури

ой

ay В максимуме главной фазы рассматриваемой [за магнитной бури в 22—02 UT было отмечено две ри суббури с наибольшей интенсивностью (до 1е 1000 нТл) в субавроральных широтах послеполу-[а- ночного сектора. Это хорошо видно на рис. 2, где приведены магнитограммы обсерваторий, расположенных в авроральных и субавроральных широтах. Местная геомагнитная полночь показана на рисунке темными ромбиками, на профиле об-у- серваторий IMAGE (NUR — BJN) это около 21 зы UT, т.е. вне временного интервала, приведенного о- на рис. 2. Перемещение геомагнитной активно-A- сти в субавроральные и даже средние широты ти-S пично для главной фазы сильных магнитных бурь и (например, [Тверская и др., 1989; Клейменова и 0- Козырева, 2005; Козырева и др., 2006]).

С началом восстановительной фазы бури (02 UT) суббуревая активность в субавроральных и авроральных широтах прекратилась. Однако около 04.30 UT в полярных широтах (GHH, IQA, ий NAQ) было зарегистрировано новое интенсивное [я, (до 800 нТл) бухтообразное геомагнитное возмуще-lle ние, наблюдавшееся одновременно от ~21 MLT на [е- широтах 80° (GHH) до ~03 MLT на широтах 70° ри (NAQ). Это возмущение, по-видимому, было вы-ые звано импульсом в ММП, скорости и плотности о- солнечного ветра в ~04.20 UT (рис. 1). После этой в- магнитной бухты в 05—06 UT в утреннем секторе а- магнитосферы наблюдалась генерация геомаг-¡а- нитных Pc5 пульсаций с наибольшей амплитудой мя в авроральных широтах (SOD—KEV). о- Обсуждаемое магнитное возмущение было за-нт регистрировано при положительных значениях ; о Bz компоненты ММП, т.е. в отсутствие поступления энергии из солнечного ветра, и характеризо-ле вал ось отсутствием четко выраженной подгото-ых вительной фазы, что не позволяет отнести его к н- "классическим" суббурям. Эта магнитная бухта в не может быть отнесена и к категории возмуще-г. ний, названных в работе [Лазутин и Кузнецов, 4I 2008] "внезапными авроральными активизация-ак ми" (sudden auroral activations — SA), поскольку к наблюдалась не в авроральных, а в полярных ши-о- ротах и в относительно небольшом долготном ть секторе магнитосферы. По-видимому, следуя ра-а- боте [Сергеев и др., 1979], эту магнитную бухту

16.07.2000 г.

N

4V

ТШ

IA-Vw/WA^

_I_I_I_I_!_i

Bx

5

4

о 3 2 1

950

f 850 м

750 20

£ 10 я

0

30

Е 20 £ 10 0 -10 30

ч 20

н

® 10

02 04 06 08 10 12 14 16

UT

Рис. 1. Вариации параметров солнечного ветра и ММП в восстановительную фазу анализируемой магнитной бури по данным 1-мин базы OMNI.

_I_I_I_I_I_J_I_I_I__H_I

можно назвать "суббурей полярной шапки", необходимым условием возбуждения которой является наличие больших скоростей солнечного ветра, что и наблюдалось в данном случае (рис. 1). В работе [Kuznetsov et al., 2000] развито предположение, объясняющее развитие суббурь в полярной шапке после сильно возмущенных периодов за счет "гипердиполяризции" в хвосте магнитос

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»