УДК 533.951
ВЫСОКОШИРОТНЫЕ ГЕОМАГНИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ ГЛАВНОЙ ФАЗЫ МАГНИТНОЙ БУРИ 24 НОЯБРЯ 2001 г. ПРИ СЕВЕРНОМ
НАПРАВЛЕНИИ ММП
© 2015 г. Н. Г. Клейменова1, Л. И. Громова2, Л. А. Дремухина2, А. Е. Левитин2, Н. Р. Зелинский1, С. В. Громов2
1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН (ИФЗ РАН), г. Москва 2Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН),
г. Москва, г. Троицк e-mail: kleimen@ifz.ru Поступила в редакцию 09.09.2014 г.
Исследованы высокоширотные геомагнитные явления во время нетипичного развития главной фазы сильной магнитной бури 24 ноября 2001 г. при экстремальных условиях космической погоды. Развитие главной фазы этой бури было замедлено (или приостановлено) резким поворотом межпланетного магнитного поля (ММП) на север и появлением огромных (до ~60 нТл) положительных значений Bz ММП. При этом наблюдались большие знакопеременные значения Ву ММП (от +40 нТл до —40 нТл) на фоне высокого динамического давления солнечного ветра с резкими всплесками до 50—70 нПа. Это привело к прекращению ночных суббурь. Магнитные возмущения на земной поверхности в это время отмечались исключительно в дневном секторе полярных широт как очень интенсивная магнитная бухта с амплитудой почти в 2000 нТл. Согласно модельным расчетам в этой области отмечалась резкая интенсификация продольных электрических токов системы NBZ. Начало дневной полярной магнитной бухты сопровождалось всплеском сияний и интенсивными локальными геомагнитными пульсациями в полосе ~(2—7) мГц. Всплески флюктуаций в солнечном ветре и ММП не сопровождались одновременными всплесками в наземных высокоширотных геомагнитных пульсациях, то есть прямое проникновение в магнитосферу пульсаций солнечного ветра и ММП вряд ли имело место. Источником наблюдаемых на Земле дневных полярных геомагнитных пульсаций могли быть вариации высокоширотных продольных токов, возбуждающихся в турбулентном дневном погранслое за счет взаимодействия с неоднородностями солнечного ветра.
DOI: 10.7868/S0016794015020091
1. ВВЕДЕНИЕ
В последние годы большое внимание уделяется изучению нетипичных геофизических проявлений экстремальных событий космической погоды, таких, как интенсивные всплески динамического давления солнечного ветра (Pd) и межпланетного магнитного поля, приводящие к развитию больших магнитных бурь [например, Du et al., 2008; Manninen et al., 2008; Dandouras et al., 2009; Клейменова и Козырева, 2009; McKenna-Lawor et al., 2010; Baker et al., 2013; Sharma et al., 2013, Dmitriev et al., 2014; Marin et al., 2014]. Десятки работ посвящены детальному анализу гигантских магнитных бурь августа 1972 г., марта 1989 г., июля 2000 г., октября и ноября 2003 г., мая и января 2005 г. и др. Основной особенностью этих бурь была очень большая скорость солнечного ветра и его динамическое давление на фоне южного направления ММП. Это приводило к развитию интенсивных авроральных электроструй, перемещающихся в средние и даже низкие широты, и возбуждению глобальных геомагнит-
ных пульсаций Рс5 в дневном секторе магнитосферы.
Естественно, что в таких возмущенных условиях все геофизические индексы, вычисление которых традиционно привязано к определенным географическим пунктам, неадекватно отражают реальную геомагнитную ситуацию и поэтому не могут быть использованы для описания сложившегося состояния магнитосферы. Для корректного определения локальной наземной активности переменного магнитного поля Земли Левитиным и др. [2014] был предложен новый метод количественной оценки локальной наземной геомагнитной активности, основанный на построении часовых разностных магнитограмм, получаемых как разница между наблюдаемым значением геомагнитного поля на каждой обсерватории и уровнем поля 2009 г. в данной точке. Год 2009 был выбран как самый магнитно-спокойный год за весь период проведения качественных обсерваторских измерений [Левитин и др., 2014].
Одной из сильных магнитных бурь последних десятилетий была буря 24 ноября 2001 г. с
24.11.2001 г.
Лй--220 нТл в максимуме бури (около 16 иТ).
Во время этой бури были отмечены необычные условия в межпланетной среде, которые состояли, прежде всего, в том, что в начале главной фа-
Рис. 1. Верхняя панель — вариации параметров ММП и солнечного ветра 24 ноября 2001 г. (04—14 UT). Сверху вниз: распределение часовых значений (толстая линия) индекса Dst и минутные значения (тонкая линия) SymH; By и Bz компонент ММП, динамического давления Psw и скорости Vsw солнечного ветра. Средняя панель — вариации часовых разностных магнитограмм (Hizm), в обсерваториях THL, HRN, SOD, BRW, CMO, MEA, дипольная широта которых показана справа, и шкала местного геомагнитного времени (MLT) на каждом графике. Нижняя панель — часовые (толстая линия) и минутные (тонкая линия) значения индекса AL.
зы бури (08—11 UT) наблюдались огромные (до ~60 нТл) положительные значения Bz ММП, а не отрицательные, как это типично для магнитных бурь. При этом значения By ММП изменялись от +40 нТл до —40 нТл. Кроме того, в это время наблюдались очень большие значения динамического давления солнечного ветра (PSW) с несколькими резкими всплесками до 50—70 нПа. Скорость солнечного ветра составляла порядка 850 км/с. Такие экстремальные условия космической погоды привели к очень сильному поджатию дневной магнитосферы так, что в главную фазу бури (07—10 UT), согласно расчетам, выполненным нами по моделям [Кузнецов и др., 1998; Alexeev and Feldstein, 2001], магнитопауза находилась на расстояниях порядка 5.3—6.2 Re.
Вариации некоторых параметров ММП и солнечного ветра в интервале 04—14 UT показаны в верхней части рис. 1 (сплошная толстая линия — часовые значения, а тонкая — минутные). Такие аномальные условия космической погоды позволяют предположить нетипичное развитие этой магнитной бури и, прежде всего, ее главной фазы.
Обсуждаемая буря началась с внезапного начала (SC) в ~06 UT при Bz ММП < 0, которое сопровождалось интенсивной относительно короткой
(~30 мин) суббурей с AL--2600 нТл (рис. 1,
обс. BRW, СМО, MEA). В это время в дневном секторе авроральных широт (рис. 4, обс. KEV, SOD) регистрировались большие (~1600 нТл) положительные магнитные возмущения, соответствующие восточной электроструе этой ночной суббури, что типично для интенсивных суббурь.
Затем, около 07.30 UT отрицательные значения Bz ММП внезапно изменились на положительные, а знак By ММП с положительного на отрицательный. Такая нестандартная ситуация космической погоды привела к нетипичному развитию главной фазы этой магнитной бури в интервале ~08—11 UT, а затем данная буря развивалась по типичному сценарию.
Основной целью данной работы является детальный анализ геомагнитных эффектов в этом интервале. Основное внимание будет уделено исследованию возможных высокоширотных геомагнитных эффектов появления аномально боль-
ших положительных значений Bz ММП, поскольку при таких условиях в полярных широтах возможно возбуждение особой системы NBZ продольных электрических токов [Iijima et al., 1984; Iiji-ma and Shibaji, 1987]. При анализе наблюдений будет использован разработанный Левитиным и др. [2014] новый подход к оценке геомагнитных возмущений.
2. АНАЛИЗ НАБЛЮДЕНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ
1. В результате сложившейся ситуации в 08— 11 UT в главной фазе бури не наблюдалось интенсивных электроструй в ночном секторе авро-ральных широт, как это характерно для подавляющего большинства магнитных бурь. В это время AL-индекс суббуревой активности изменился от -(2500-3500) нТл в 07 UT до -(200-300) нТл в 09-10 UT, как это видно в нижней части рис. 1.
2. Для количественной оценки геомагнитных вариаций во время бури по методике, подробно описанной в работе [Левитин и др., 2014], были вычислены разностные часовые магнитограммы на выбранных высокоширотных обсерваториях, расположенных в дневном и утреннем секторах. Полученные результаты представлены в средней части рис. 1.
Известно, что магнитные наблюдения на наземных станциях регистрируют суммарное магнитное поле, которое включает в себя постоянное поле от внутренних источников и переменное поле от внешних источников. Выделение из этой суммы полей переменного магнитного поля - задача очень сложная. Для ее решения в работе [Левитин и др., 2014] был предложен новый метод построения разностных часовых магнитограмм ^-компоненты геомагнитного поля, показывающих разницу между измеренными значениями в данный момент и соответствующими значениями, измеренными в 2009 году, как в самом спокойном за последние 50 лет. Это дает возможность предположить, что геомагнитные измерения в 2009 г. соответствовали, в основном, полю внутренних источников, которое более полно оценить пока невозможно. Вариация, отсчитанная от этого уровня, может считаться вызванной внешними источниками, что позволяет исследовать ее связи с изменениями в МПП и солнечном ветре.
Методика расчета состоит в следующем. Для каждого месяца 2009 г. из наблюдений на данной обсерватории выбирается самый геомагнитно спокойный день. Поправка на вековой ход магнитного поля Земли находится из разности между двумя самыми спокойными днями января для обсерваторий северного полушария и июля для южного полушария двух соседних годов, поскольку, по нашему мнению, именно в январях (июлях) геомагнитное поле наиболее спокойно. Далее среднечасовые амплитуды ^-компоненты гео-
магнитно спокойного дня, "поправленные" на вековой ход, вычитаются из среднечасовых амплитуд каждого дня такого же месяца любого года. Таким способом для каждого часа каждого дня всех лет работы обсерватории мы получаем часовые амплитуды вариации геомагнитного поля, отсчитанные от спокойного уровня 2009 г. Вычисленные по этой методике разностные часовые магнитограммы для нескольких разнесенных по долготе высокоширотных обсерваторий показаны в средней части рис. 1. Для удобства по горизонтальной оси показано местное геомагнитное время каждой обсерватории, в то время как в верхней части рис. 1 (вариации параметров солнечного ветра и ММП) приведено соответствующее мировое время (UT).
Несмотря на то, что часовые магнитограммы не позволяют исследовать более
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.