WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

«Geophysical © Kola Science Centre, Russian Academy of Science, 2015 Institute ИРРЕГУЛЯРНЫЕ Pi3 ПУЛЬСАЦИИ И ИХ СВЯЗЬ С ПОТОКАМИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В МАГНИТОСФЕРЕ И ИОНОСФЕРЕ ...»

Polar

“Physics of Auroral Phenomena”, Proc. XXXVIII Annual Seminar, Apatity, pp. 71-74, 2015

Geophysical

© Kola Science Centre, Russian Academy of Science, 2015

Institute

ИРРЕГУЛЯРНЫЕ Pi3 ПУЛЬСАЦИИ И ИХ СВЯЗЬ С ПОТОКАМИ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В МАГНИТОСФЕРЕ И ИОНОСФЕРЕ

В.Б. Белаховский1, В.А. Пилипенко2, С.Н. Самсонов3

Полярный геофизический институт, г. Апатиты, belakhov@mail.ru

Институт физики Земли, г. Москва

Институт космофизических исследований и аэрономии, г. Якутск Аннотация. Исследованы иррегулярные пульсации Pi3 во время повторяющихся суббурь (sawtooth events) 12.04.2011, используя спутниковые (GOES, THEMIS) и наземные (CARISMA, THEMIS, NORSTAR) наблюдения. Данные пульсации наблюдались не только во время фазы роста суббури, как обычные Pi2 пульсации, но в течение всего периода суббуревой активности. Максимальная амплитуда пульсаций наблюдается в авроральной зоне (~66° CGL). Лучше всего пульсации выражены в X-компоненте геомагнитного поля на Земле, что соответствует азимутальной геомагнитного поля на геостационарных спутниках GOES, а также на спутниках THEMIS, которые располагались в хвосте магнитосферы на расстоянии ~ 10 Re. С началом суббурь наблюдается резкое увеличение потоков энергичных частиц по данным спутников GOES, THEMIS, увеличение высыпания электронов по данным риометрического поглощения (сеть NORSTAR) и усиление интенсивности полярных сияний по данным камер всего неба THEMIS. Данные Pi3 иррегулярные пульсации интенсивно модулируют потоки заряженных частиц в магнитосфере, риометрическое поглощение, интенсивность полярных сияний. Мы полагаем, что рассматриваемые Pi3 пульсации имеют иную физическую природу, чем дневные Pc5 пульсации, занимающие тот же частотный диапазон. Предложено несколько моделей, описывающих МГД природу и механизм возбуждения Pi3 колебаний .

1. Введение Во время геомагнитной суббури в ночном секторе магнитосферы разыгрывается целый комплекс волновых процессов. Неотъемлемым элементом суббури являются Pi2 пульсации (50-150 секунд). Интерес к этим пульсациям связан с тем, что они возникают при резкой активизации магнитосферной активности – начале взрывной фазы суббури (breakup), и являются “маркером”, отмечающим переход медленной фазы роста возмущения ночной магнитосферы во взрывную фазу [Pilipenko et al., 2005]. Возбуждение Pi2 пульсаций связано с интенсификацией полярных сияний, ионосферными и продольными токами, высыпанием энергичных электронов и другими процессами, происходящими во время брейкапа. Помимо хорошо известных Pi2 пульсаций на фоне суббури наблюдаются более длиннопериодные иррегулярные Pi3 (или Ps6) пульсации с периодом примерно 10-20 минут и амплитудой в сотни нТл [Cheng et al., 2014]. Данные колебания наблюдались как на земной поверхности, так и в магнитосфере, но механизм генерации данного типа возмущений так до конца и не выяснен .

В последнее время появляется все больше экспериментальных свидетельств в пользу такого сценария развития суббури, при котором первоначальная неустойчивость развивается в близкой к Земле области замкнутых силовых линий, а затем выведенная из равновесия магнитосферная система высвобождает основную энергию в результате пересоединения в хвосте. В некоторых из теоретических моделей альвеновские колебания силовых линий (либо с тороидальной, либо с полоидальной поперечной поляризацией) и их активное взаимодействие с ионосферой играют принципиальную роль [Rae et al., 2014] .





Поэтому изучение Pi3 пульсаций, являющихся по-существу тонкой структурой суббури, приобретает особое значение. Понимание физической природы данных колебаний может лучше понять физическую природу самой суббури .

В данной работе будут исследованы длиннопериодные Pi3 пульсации во время повторяющихся суббурь (sawtooth events) 12.04.2011 г. и их связь с потоками захваченных и высыпающихся заряженных частиц .

2. Данные наблюдений В работе использованы данные сети магнитных станций CARISMA (Рис. 1), сети риометров NORSTAR и камер всего неба THEMIS. Также использованы данные регистрации вариаций магнитного поля и потоков заряженных частиц на геостационарных спутниках GOES и спутниках THEMIS, находившихся в хвосте магнитосферы. Параметры солнечного ветра и ММП брались из базы данных OMNI. Наличие большого числа наземных и спутниковых наблюдений в изучаемом событии дает возможность более глубоко исследовать механизмы возбуждения Pi3 пульсаций .

Иррегулярные Pi3 пульсации и их связь с потоками заряженных частиц в магнитосфере и ионосфере

3. Событие 12 Апреля 2011

3.1. Геофизическая обстановка и параметры межпланетной среды. Примерно в 05 UT на станциях сети CARISMA наблюдались периодически повторяющиеся с интервалом 3-4 часа суббури с амплитудой АЕ индекса до 1100 нТл (рис. 2-3). Скорость солнечного ветра V в момент начала суббури составляла около 530 км/c и продолжала медленно нарастать. Плотность солнечного ветра N сильных скачков не испытывала .

Повторяющиеся суббури наблюдались на фоне слабой геомагнитной бури с Dst=-48 нТл. По-видимому, причиной появления суббурь стала неоднократная резкая смена знака Bz-компоненты ММП (рис. 2). Начало суббурь отмечено красными линиями на вариациях AE-индекса .

С началом суббури резко возрастает величина риометрического поглощения и интенсивность полярных сияний (рис. 3) .

–  –  –

3.2. Наземные наблюдения пульсаций. Первые две суббуревые активизации (~06 UT, ~10 UT) сопровождались всплеском иррегулярных пульсаций с амплитудой до 200 нТл, которые можно более четко увидеть после вычитания низкочастотного тренда (рис. 3). Данный тип иррегулярных пульсаций принято относить к Pi3 (или Ps6) типу. Pi3 пульсации наблюдались в течение всего периода суббуревой активности, а не только во время взрывной фазы, как Pi2 пульсации. По мере перехода суббуревой активности в фазу восстановления (с ~11 UT) Pi3 пульсации сменились более регулярными Рс5 колебаниями. Максимум амплитуды Pi3 пульсаций наблюдается на станции GILL (~66 CGL). Вейвлет-анализ показывает, что максимум спектральной мощности в X-компоненте приходится на частоты 0.4-0.6 мГц (не показано), что соответствует периодам ~20-40 мин. Рассматриваемые колебания также хорошо видны в Y и Z-компонентах геомагнитного поля, но в этих компонентах спектральный максимум уже приходится на несколько иные частоты .

Pi3 пульсации в геомагнитном поле вызывают одновременные пульсации в риометрическом поглощении и в интенсивности полярных сияний (рис. 5), что свидетельствует о модуляции потоков высыпающихся в ионосферу энергичных и надтепловых электронов .

3.3. Наблюдения пульсаций в магнитосфере. Всплески Pi3 пульсаций и последующих Рс5 колебаний видны и в районе геостационарной орбиты на геостационарных спутниках GOES-13 (MLT=UT-5) и GOESMLT=UT-6) (рис. 5). Хотя спутники находились всего в 1 часе MLT друг от друга, корреляция между колебаниями на этих спутниках невысокая. Коэффициент корреляции магнитных вариаций по Bn компоненте, отфильтрованных в полосе периодов Т около 20 мин., составляет 0.48 при временном сдвиге t=5 минут для интервала 07.00-10.00 UT. Если принять, что этот сдвиг соответствует распространению колебаний в азимутальном направлении между разнесенными на =150 спутниками, то он соответствует характерным волновым числам m=(t/T)(360/)~6 .

В.Б. Белаховский и др .

Рисунок 3. Вариации риометричеcкого поглощения на станции GILL [дБ] и X-компоненты геомагнитного поля [нТл·104] по данным меридиональной цепочки станций сети CARISMA [нТл] (слева) .

Вариации Хкомпоненты геомагнитного поля [нТл] с убранным низкочастотным трендом (справа) .

Рисунок 4. Вариации геомагнитного поля на Рисунок 5 .

Вариации X-компоненты геомагнитного спутнике GOES-15 с убранным низкочастотным поля и риометрического поглощения с убранными уровнем (ht, he, hn-компоненты), вариации потоков низкочастотными вариациями на станциях GILLэлектронов (40 кэВ) на GOES-15, X-компонента ISLL-PINA, интенсивность полярных сияний по геомагнитного поля на станции FCHU. данным камеры всего неба на станции TPAS .

Иррегулярные Pi3 пульсации и их связь с потоками заряженных частиц в магнитосфере и ионосфере X-компонента геомагнитного поля на станции FCHU коррелирует с азимутальной hn-компонентой на спутнике GOES-15 (рис. 4), что говорит о повороте эллипса поляризации на /2 при переходе через ионосферу для рассматриваемых Pi3 колебаний. Данные GOES-15 показывают наличие заметной компоненты сжатия Bt в структуре магнитного поля Pi3 пульсаций (рис. 4) .

Pi3 геомагнитные колебания модулируют потоки электронов с энергией 40 кэВ в магнитосфере, как видно из данных детектора частиц спутника GOES-15 (рис. 4). Однако корреляция между Pi3 пульсациями в геомагнитном поле и потоках заряженных частиц невысокая .

Спутники THEMIS-A, D, E в момент суббурь находились в хвосте магнитосферы на расстоянии около 10 Re. На спутнике THEMIS-A также видны Pi3 пульсации в геомагнитном поле и в потоках электронов с энергией 25 кэВ. Видна связь в колебаниях геомагнитного поля на спутнике THEMIS-A и GOES-13, хотя с невысокой корреляцией .

4. Обсуждение и заключение В рассмотренном событии иррегулярные Pi3 пульсации наблюдались на фоне повторяющихся суббурь .

Корреляция Pi3 пульсаций на земной поверхности и в магнитосфере невысокая. Колебания имеют заметную компоненту сжатия геомагнитного поля и способны заметно модулировать потоки захваченных и высыпающихся энергичных электронов .

Хотя корреляция колебаний на близко расположенных спутниках GOES-13 и GOES-15 невысокая, временной сдвиг максимума кросс-корреляционной функции дает возможность оценить преобладающий азимутальный масштаб в структуре поля пульсаций, соответствующий m~6 .

Остается непонятной причина больших периодов Pi3 пульсаций (15-20 минут), намного больших, чем период резонансных альвеновских колебаний (3-10 мин) на тех же широтах, наблюдаемых как Рс5 пульсации. Изменение конфигурации силовых линий геомагнитного поля на ночной стороне магнитосферы во время сильных суббуревых возмущений (вытягивание в хвост) может привести к увеличению периодов колебаний. Столь большое уменьшение частоты по сравнению с характерными частотами альвеновских колебаний А также можно приписать наличию сильного затухания (при котором добротность Q~1) в системе 2 = A (1 1/ 2 Q 2 ) [Guido et al., 2014]. Межмодовое зацепление между альвеновскими и медленными магнитозвуковыми колебаниями [Мазур и др., 2014] приводит к появлению двух ветвей МГД колебаний: квази-альвеновских с периодом T порядка альвеновского периода TA, смешанной поляризацией Bz~B, и медленной моды с большими периодами TTA, но большой компрессионной магнитной компонентой BzB. Спутниковые наблюдения поляризации Pi3 колебаний показывают, что они могут соответствовать медленной моде. Pi3 пульсации можно связать с магнитозвуковыми колебаниями полости в ночной магнитосфере, образованной понижением альвеновской скорости VA [Leonovich and Mazur, 2005] .

Также суббуревые Pi3 пульсации могут быть вызваны собственными колебаниями хвоста магнитосферы .

Собственные периоды таких колебаний составляют первые десятки минут [Ершкович, 1969; Нусинов, 1971] .

На спутниках THEMIS, находившихся в хвосте магнитосферы, Pi3 колебания были достаточно хорошо выражены. Таким образом, предложено несколько моделей, описывающих картину возбуждения Pi3 колебаний, так или иначе согласующихся с наземными и спутниковыми наблюдениями .

Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ № МК-4210.2015.5 (БВ), Программы Президиума РАН № 9 и гранта РФФИ 15-45-05108 (ПВ, СС). Выражаем благодарность за предоставленные данные проектов NORSTAR, CARISMA, спутника GOES, THEMIS сотрудникам соответствующих центров .

Литература Ершкович А.И. О собственных колебаниях магнитного хвоста Земли // Космические исследования. 7. C. 944. 1969 .

Мазур Н.Г., Федоров Е.Н., Пилипенко В.А., Продольная структура баллонных МГД возмущений в модельной магнитосфере // Космические исследования. 52. C. 187-196. 2014 .

Нусинов А.А. Влияние плазменного слоя на собственные колебания хвоста магнитосферы // Космические исследования. 9. C. 615-617. 1971 .

Cheng C-C., Mann I., Baumjohann W. Association of consecutive Pi2-Ps6 band pulsations with earthward fast flows in the plasma sheet in response to IMF variations // J. Geophys. Res. 119. P. 3617-3640. 2014 .

Guido T., B. Tulegenov, A.V. Streltsov, Large-amplitude ULF waves at high latitudes // J. Atmospheric and SolarTerrestrial Physics. 119. P. 102-109. 2014 .

Leonovich A.S., V.A. Mazur, Why do ultra-low-frequency MHD oscillations with a discrete spectrum exist in the magnetosphere? // Annales Geophysicae. 23. P. 1075–1079. 2005 .

Pilipenko V., N. Mazur, E. Fedorov, T. Uozumi, K. Yumoto, Excitation of Alfven impulse by the anomalous resistance onset on the auroral field lines // Annales Geophysicae. 23. P. 1455–1465. 2005 .

Rae I.J., K.R. Murphy, C.E.J. Watt, et al., Field line resonances as a trigger and a tracer for substorm onset // J .

Geophys. Res. 119. P. 5343–5363. 2014.




Похожие работы:

«Criminal procedure 77 УДК 34 DOI 10.25799/AR.2019.83.2.010 Publishing House ANALITIKA RODIS (analitikarodis@yandex.ru) http://publishing-vak.ru/ Су дебная деятельность, проку рорская деятельность, правозащитная и правоохра нительная де...»

«ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ РЕКЛАМНОЙ АКЦИИ Рекламная акция проводится с целью формирования и поддержания интереса к продукции под товарным знаком "СУХ-ПАЙ". Принимая участие в рекламной акции "ПОБЕЖДАЙ С СУХ-ПАЙ" (далее Акция), Участники полностью соглашаются с настоящими правилами (далее Правила), а также с Пол...»

«Приложение 1 РАЗЪЯСНЕНИЯ ПО ЗАПОЛНЕНИЮ И ПРЕДСТАВЛЕНИЮ документов персонифицированного учета В связи с принятием постановления Совета Министров Республики Беларусь от 9 августа 2018 г. № 589 "О внесении изменений и дополнения в постановления Совета Министров Республики Беларусь от 8 июля 1997 г. № 837": ИНДИВИДУАЛЬ...»

«ПРОЕКТ Административный регламент по исполнению государственной функции по регулированию предельного уровня рентабельности к себестоимости услуг, оказываемых на подъездных железнодорожных путях организациями промышленного железнодорожного транспорта...»

«ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ Акции "Кредит без переплаты на Honor 10" (далее по тексту – Правила) 1. Общие положения.1.1. Термины и определения. 1.1.1. Акция – рекламное мероприятие, проводимое Организатором в соответствии с настоящими Правилами. 1.1.2. Организатор – АО "РТК" 1.1.3. Потребитель...»

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА ИНФОРМАЦИОННО-БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ ОТДЕЛ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ Utagawa Hiroshige (Japanese, Tokyo (Edo)) 1797-1858 Новос...»

«Планируемые результаты обучения по ООП 19.04.01 "Биотехнология" (магистр) профиль "Биотехнология" Код Результат обучения резуль (выпускник должен быть готов) тата Профессиональные компетенции Р1 Профессионально эксплуатировать со...»

«Кукольный дом Генрик Ибсен ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЛИЦА: Адвокат Хельмер. Нора, его жена. Доктор Ранк. Фру Линне. Частный поверенный Крогстад. Трое маленьких детей четы Хельмер. Анна-Мария, их нянька. Служанка в доме Хельмера. Посыльный. Действи...»

«Пучнина Маргарита Юрьевна КРИМИНАЛЬНЫЙ СУИЦИД НЕСОВЕРШЕННОЛЕТНИХ: КРИМИНОЛОГИЧЕСКИЕ И УГОЛОВНО-ПРАВОВЫЕ МЕРЫ ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ 12.00.08 – уголовное право и криминология; уголовно-исполнительное право АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук Курск – 20...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.