ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2008, том 48, № 2, с. 188-194
УДК 523.62726
ВОЗБУЖДЕНИЕ PC5 ПУЛЬСАЦИЙ ПРИ СМЕНЕ ЗНАКА ^-КОМПОНЕНТЫ ММП
© 2008 г. В. Б. Белаховский, В. К. Ролдугин
Полярный геофизический институт КНЦ РАН, Апатиты (Мурманская обл.) e-mail: rold_val@pgi.kolasc.net.ru Поступила в редакцию 09.04.2007 г. После доработки 28.11.2007 г.
Во время магнитной бури 15 мая 2005 г. после SC наблюдались приходы отрицательного и положительного фронтов BZ-компоненты межпланетного магнитного поля (ММП) с интервалами в 3 ч. На основе магнитных данных спутника WIND и данных наземных станций для разных секторов MLT рассмотрено появление Pc5 пульсаций во время этих трех характерных моментов. Пульсации возникали не только при сжатии магнитосферы при SC, но и при смене знака BZ с положительного на отрицательный. Изменение же знака BZ ММП с отрицательного на положительный на ход развития пульсаций не повлияло. Предполагается, что наблюдаемые после отрицательного фронта BZ ММП пульсации Pc5 связаны с развитием поверхностных волн на магнитопаузе в результате импульсного пересоединения силовых линий.
PACS: 94.30.Ms, 94.30.Lr
1. ВВЕДЕНИЕ
Два фактора межпланетной среды оказывают наиболее существенное влияние на состояние магнитосферы: это динамическое давление солнечного ветра и ММП [Petrinec and Russell, 1993]. Известно, что приход фронта высокого давления солнечного ветра вызывает SC сжатие магнитосферы. Также известно, что SC сопровождается возбуждением длиннопериодных геомагнитных пульсаций в диапазоне Pc5 (T = 150—600 c) [Гога-тишвили, 1974; Амата и др., 1986; Клейменова и др., 1999; Ролдугин и др., 2006]. В работе [Saito and Matsushitsa, 1967] пульсации Pc5, связанные с SC, выделены в отдельный класс PSC5.
Возмущения в магнитосфере происходят не только при ее сжатии, но и при изменении знака и модуля ММП. Форма магнитосферы зависит от знака BZ-компоненты ММП. Как только BZ ММП становится отрицательной, наблюдается эрозия дневной магнитосферы, т.е. направленное к Земле движение магнитопаузы даже при постоянном значении давления солнечного ветра [Aubry et al., 1970].
Ряд работ посвящены статистическому исследованию влияния BZ-компоненты на развитие Pc5 пульсаций. В работе [Baker et al., 2003] показано, что не только радиальная скорость и плотность протонов, но и BZ-компонента ММП влияет на частоту появления пульсаций Pc5 на Земле. На основе анализа магнитных данных за 10 лет сети CANOPUS найдено, что северное направление BZ-компоненты ММП способствует развитию пульсаций Pc5 в большей степени, чем южное. Корреля-
ция наземных PC5 с направлением BZ на север отмечена и в работах [Simms et al., 2006; Baddeley et al., 2006]. Моделирование зависимости развития неустойчивости Кельвина—Гельмгольца (К—Г) на магнитопаузе от ориентации магнитного поля в переходной области, проведенное в работе [Miu-ra, 1995], дало такой же результат. Наблюдения на спутниках GOES [Sanny et al., 2007] показали несколько отличающийся результат: интенсивность PC5 незначительно выше при южном направлении BZ. Однако статистика не дает ответа на вопрос о влиянии единичных изменений знака BZ-компоненты ММП на развитие PC5 пульсаций.
Решение вопроса о том, что более способствует возбуждению Pc5, увеличение давления солнечного ветра или же смена знака BZ, важно для понимания причины генерации этих колебаний. Влияние изменения параметров солнечного ветра на возбуждение в магнитосфере длиннопериод-ных пульсаций несомненно. Однако вопрос о соотношении влияния ММП и давления, а также, какой знак BZ в большей степени способствует развитию пульсаций, остается открытым. Важность вопроса состоит и в том, что развитие поверхностных волн на магнитопаузе более ожидаемо из-за неустойчивости К—Г, чем при пересоединении силовых линий.
Целью данной работы является исследование влияния вариаций давления и смены знака BZ-компоненты ММП на появление PC5 пульсаций во время магнитной бури 15 мая 2005 года.
-1000 _
-800 - J
- 600 -
-400 ! 1 ' 1 iiii
_:_i_:_i_i_i_i_i_i
0 4 8 12 16 20 24
Время, UT
Рис. 1. Верхняя панель — вариации динамического давления солнечного ветра и Bz-компоненты ММП на спутнике WIND 15 мая 2005 г. (сплошная кривая — давление, штриховая — Bz). Нижняя панель — VXскорость солнечного ветра.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ДАННЫХ
Исследуемая в данной работе магнитная буря 15 мая 2005 г. характерна тем, что вслед за SC через 3 ч наблюдалось резкое изменение знака Bz-ком-поненты ММП с положительного на отрицательный, а еще через 3 ч — с отрицательного на положительный. Обозначим изменение BZ ММП с положительного на отрицательный как Bz—, а с отрицательного на положительный как BZ+. Для того чтобы разделить влияние давления и Bz-ком-поненты ММП на появление PC5 пульсаций, был использован анализ магнитных наблюдений на наземных обсерваториях с последующей фильтрацией и выделением спектров исходных данных.
В 02.38 UT наземные станции зарегистрировали SC событие, вызванное приходом магнитного облака. Это было достаточно "хорошее" SC: 19 станций по принятой классификации определили его как событие класса "А" (т.е. как весьма выдающееся), две станции как событие класса "В" (ординарное, но вполне достоверное) и лишь одна станция как событие класса "С" (сомнительное).
Вариации давления солнечного ветра и BZ ММП по данным спутника WIND представлены
на рис. 1 (верхняя панель). На рис. 1 (нижняя панель) представлена Vx скорость солнечного ветра. Спутник WIND располагался с дневной стороны в точке с координатами X = 210 Re, Y = 84 Re, Z= = 28 Re в системе GSM. На фронте ударной волны примерно в 02.10 UT значение давления солнечного ветра достигало 35 нПа, а Bz-компонента ММП равнялась +30 нТл. В 05.30 UT наблюдался резкий скачок Bz от +30 до —40 нТл, а в 08.18 UT произошла резкая смена знака Bz от —20 до +10 нТл. Моменты скачка Bz-компоненты ММП видны на данных наблюдений наземных обсерваторий с запаздыванием около 30 мин. На рис. 1 они отмечены вертикальными пунктирными линиями.
На рис. 2 представлены вариации ^-компоненты на ряде высокоширотных наземных магнитных станций для разных секторов MLT в интервале от 0 до 12 UT. Справа на рисунке показаны значения MLT для момента SC. Вертикальными линиями отмечены три ключевых момента в данном событии: SC, Bz—, BZ+. Видно, что сразу после SC возникла суббуря. После изменения знака Bz-компоненты на отрицательный началась главная фаза бури.
Рис. 2. Вариации ^-компоненты магнитного поля по сети наземных станций. Международные коды станций и их геомагнитные широты показаны слева.
SSC Bz- Bz+
Время, UT
Для выделения быстропеременной составляющей была произведена фильтрация наземных магнитных данных фильтром высоких частот с обрезанием для периодов больше 17 мин. На рис. 3 показаны полученные отфильтрованные вариации ^-компонент для трех характерных времен. Из рис. 3 видно, что сразу после 8С (левая панель) воз-
никли PC5 пульсации в достаточно большом широтном диапазоне от SOD^ = 63.8°) до THL^ = 86.2), причем пульсации развивалась в утреннем и вечернем секторах. После же Bz— (05.30 UT) наиболее мощные пульсации развивались в достаточно узком широтном диапазоне, от станции BET (Ф = = 66.1°) до NAQ (Ф = 68.0°). Третье событие, BZ+
SSC
SOD (63.8)
300 нТл
)
_Bz—_
]MLT 1 1 ! 1 1 1 'MLT : 1 1
7.7
Bz+
nMLT
MCQ (-64.5)
3.2 .1
10.5 11.0
4.9
13.8 ^^^ 17.
ill : «.«»uMv^^vv^pY^—7.4 10.1
t
ABK (65.0)
PBQ(66.1)_j BET (66.1)
EAG (66.2) TRO (66.5) FYU (67.2) DIK (67.9) * NAQ (68.0) BJN (71
P/A/VA^Wx/VV
15
.3)
4.0 21.2 14.6
.3
4.1 15.0
7.6 0.1 4.4
7.4
3.3 20.7
21.4 10.2
18.3 21.
1
11.0
13.
7.8
IQA (73.2)
GDH (77.2) SBA (-79.9) DRV (-80.5) RES (83.5)
THL (86.2)
22.2 1.6 j I I
3.2
I I I
19.4
13.0 16.3
22.0
18.7
3.4 6.2
10.5 4.3 5.9 1.5 19.1 0.8
i i
23.2 2.5
i_i_i_i_i_i_i
5.3
2:00 30 3:00 30 4:00 5:00 30 6:00 30 7:00 30 8:00 8:00 30 9:00 30 10:00
Время, UT
Рис. 3. Фильтрованные ^-компоненты наземных станций для интервалов с SC, Bz—, BZ+.
(08.18 UT), не оказало существенного влияния на развитие дневных PC5, однако на станциях в вечернем секторе MLT (BET, MCQ) интенсивность колебаний возросла. Видно также, что на разных станциях периоды колебаний варьируют от нескольких до 15 мин. Для момента SC амплитуда ко-
лебаний минимальна днем, максимальна утром, более слабый максимум наблюдается в вечернем секторе. Для момента Б1 колебания были максимальны в вечернем секторе. Не на всех станциях колебания имели регулярный вид, и их не всегда можно отождествить с Рс5. Отметим, что на неко-
МТТ
МТТ
МЬТ
SOD (63.8)
MCQ (-64.5)
0 12 3
0 12 3 4 Частота, мГц
0 1 2 3
Рис. 4. Спектры ^-компонент наземных станций для интервалов после 8С,
торых станциях колебания наблюдались и до 8С (IQA) и Бz- (BJN, RES, SBA), а приход событий 8С и Bz— лишь увеличил их амплитуду.
Были проанализированы спектры, полученные с помощью быстрого преобразования Фурье, для трех вышеназванных моментов. Продолжи-
тельность интервала обработки — 100 мин, отсчитываемых от характерного времени. На рис. 4 представлены спектры ^-компонент на различных обсерваториях от авроральной зоны до полярной шапки. После 8С возникли полигармонические пульсации во всех секторах МЬТ. После же Б1— по-
4
4
явились достаточно сильные пульсации с наибольшей амплитудой на широтах от BET (Ф = 66.1°) до IQA (Ф = 73.2°). По сравнению с вызванными SC, спектры пульсаций после BZ— имеют более моно-хроматичный вид с частотой примерно 1.5 мГц. Для отрезка времени после BZ+ характерным является наличие в спектрах двух максимумов с частотой примерно 1.5 и 2 мГц.
Для момента времени BZ— (05.30 UT) возникает некоторая сложность в выявлении основного фактора, приводящего к генерации Pc5, поскольку почти одновременно с BZ— наблюдался скачок давления солнечного ветра от 25 до 45 нПа (рис. 1). Вданном случае и сжатие, и пересоединение могли бы быть одновременно триггером генерации Pc5. Однако импульс динамического давления также наблюдался в 07.00 UT и в 07.30 UT. Скачок давления примерно в 07.00 UT (от 15 до 45 нПа) был еще большим, чем ска
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.