employee from 01.01.1975 to 01.01.2021
Irkutsk, Irkutsk region, Russian Federation
Moskva, Moscow, Russian Federation
Apatity, Russian Federation
Sodankyulya, Finland
Ulaanbaatar, Mongolia
Paratunka, Kamchatka, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Apatity, Russian Federation
UDK 55 Геология. Геологические и геофизические науки
Using the June 22, 2015 event as an example, we present new data confirming the presence of a precursor of the sudden magnetic impulse caused by a powerful interplanetary shock wave (ISW). The precursor in the form of a train of oscillations (broadband pulse) with a falling frequency in the range 0.25÷11 Hz with a duration of ~20 s, which had a spectral resonance structure, was recorded globally by a network of induc-tion magnetometers at 18:33:27 UT. No significant phase delays of the signals were detected in four fre-quency bands at widely spaced observatories. It is sug-gested that the impulse can be excited in the Earth — ionosphere waveguide by a pulsed electric field which occurs in the ionosphere due to the short-term impact of ISW on the magnetosphere.
sudden magnetic impulse, global precursor, broadband burst of geomagnetic pulsations, spectral resonance structure, Earth — ionosphere resonator, ionospheric Alfvén resonator
ВВЕДЕНИЕ
Импульсное воздействие межпланетной ударной волны (МУВ) на магнитосферу происходит в течение короткого времени и вызывает ряд глобальных возмущений. Наиболее яркими и хорошо отождествимыми эффектами являются положительные и отрицательные магнитные импульсы, которые под-разделяются на внезапные начала SSC (SSC*) (sud-den storm commencement) и внезапные импульсы SI (SI*) (sudden impulse). Обозначение * используется в случаях, когда положительному изменению геомагнитного поля предшествует кратковременное изменение геомагнитного поля обратного знака — предварительный обратный импульс (PRI — preliminary reverse impulse). Результаты изучения этих явлений за более чем 100-летнюю историю обобщены в обзоре [Curto et al., 2007]. Время нарастания Н-компоненты от начала SSC до его максимума, определенное по данным сети INTERMAGNET, колеблется от 2 до 10 мин при среднем значении 4 мин. В геомагнитных пульсациях откликом на внезапные импульсы являются всплески колебаний в широком диапазоне частот 0.0016–5 Гц, (геомагнитные пульсации Psc1-5).
Оснащение обсерваторий индукционными магнитометрами с высокой чувствительностью и частотой дискретизации до 100 Гц позволяют обнаружить новые особенности внезапных магнитных импульсов. В статьях [Пархомов и др., 2014, 2017] сообщается о кратковременных (≤20 с) предвестникаx SSC — импульсных всплесках геомагнитных пульсаций в частотном диапазоне 0.2–7 Гц, предваряющих внезапные начала геомагнитных бурь с большой величиной скачка горизонтальной компоненты ΔН. Всплески наблюдались преимущественно при северной ориентации вертикальной компоненты межпланетного магнитного поля (ММП). Для обозначения компонент ММП в статье используется солнечно-эклиптическая система координат GSE.
В работе [Пархомов и др., 2014] для изучения характеристик всплесков пульсаций использовались только данные наземных магнитометров и параметры солнечного ветра (СВ). В статье [Пархомов и др., 2017] кроме наземных данных, включающих наблюдения магнитного поля и риометрического поглощения, были привлечены данные о высыпаниях частиц, полученные на низкоорбитальных спутниках POES. Было показано, что начало магнитной бури 17.03.2015 г. предварялось глобальной генерацией цуга колебаний длительностью ~4 с. На дневной стороне этому цугу, в свою очередь, предшествовали высыпания энергичных электронов и протонов, очевидно, связанные с развитием циклотронной неустойчивости во время сжатия магнитосферы.
Характерным признаком всплесков геомагнитных пульсаций, рассмотренных в работах [Пархомов и др., 2014, 2017], является гребнеобразный характер распределения энергии в спектре колебаний. Такое распределение обычно называют спектральной резонансной структурой (СРС) и связывают с наличием в магнитосфере ионосферного альфвеновского резонатора (ИАР) [Поляков, Рапопорт, 1981; Belyaev et al., 1989] или с интерференцией прямого и отраженного от верхней ионосферы сигналов от молниевого разряда [Fedorov et al., 2014]. Особенности морфологии и суточного поведения СРС на разных широтах исследованы в статьях [Bösinger et al., 2002, 2004; Semenova, Yahnin, 2008; Yahnin et al., 2003].
Чтобы понять природу всплеска пульсаций, опережающего классические проявления внезапных магнитных импульсов, опубликованных результатов явно недостаточно. В данной работе мы представляем новые данные, полученные из анализа явлений, сопровождающих положительный магнитный импульс с амплитудой ~110 нТл. Этот импульс являлся последним и самым большим из зарегистрированных 21.06.2015 г. в 16:44 UT (1), 22.06.2015 г. в 05:44 UT (2) и в 18:33 UT (3) (рис. 1, 2). Указанные импульсы вызваны взаимодействием с магнитосферой трех МУВ [http://umtof.umd.edu/pm/FIGS.HTML].
По данным каталога «International Service on Rapid Magnetic Variations» [http://www.obsebre.es/en/rapid] все указанные импульсы отнесены к типу SSC. Однако в работе [Громова и др., 2016] первые два импульса отнесены к типу SI, а третий наиболее сильный положительный магнитный импульс (ΔSYM-H~110 нТл) назван аналогом SC. Во избежание разночтений все три положительных скачка геомагнитного поля, которые наблюдались после контакта с магнитосферой трех МУВ, будем называть магнитными импульсами, нумеруя их по времени наблюдения (рис. 1, 2). В частотном диапазоне геомагнитных пульсаций все импульсы сопровождались всплесками Psc1-5. Интересующий нас всплеск пульсаций (предвестник) наблюдался в последнем из этих событий, ему будет уделено основное внимание.
1. Belyaev P. P., Polyakov S. V., Rapopor V.O., Trakhtengerts V.Y. Experimental studies of the resonance structure in the spectrum of the atmospheric electromagnetic background in the range of short-period geomagnetic pulsations, Radiophysics and Quantum Electronics. 1989, vol. 32, pp. 491-498.
2. Bösinger T., Haldopis C., Belyaev P.P. Yakunin M.N., Semenova N.V., Demekhov A.G., Angelopoulos V. Spectral properties of the ionospheric Alfven resonator as observed at a low latitude station (L = 1.3). J. Geophys. Res. 2002, vol. 107, no. A10, pp. 1281. DOI: 10.1029 / 2001 / JA005076.
3. Bösinger T., Demekhov A.G., Trakhtengerts V.Y. Fine structure in ionospheric Alfven resonator spectra observed at low latitude (L = 1.3). Geophys. Res. Lett. 2004, vol. 31, L18802. DOI: 10.1029 / 2004GL020777.
4. Cully C.M., Ergun R. E., Stevens K., Nammari A., Westfall J. The THEMIS Digital Fields Board. Space Sci. Rev. 2008, vol. 141, iss. 1-4, pp. 343-355.
5. Curto J.J., Araki T., Alberca L.F. Evolution of the concept of sudden storm commencements and their operative identification. Earth, Planets and Space. 2007, vol. 59, no. 11, pp. i-xii.
6. Dovbnya B.V., Guglielmi A.V., Potapov A.S., Kline B.I., On the existence of an over-ionospheric Alfven resonator. Solar-Terrestrial Phys. 2013, iss. 22, p. 12-15.
7. Fedorov E., Schekotov A., Hobara Y., Nakamura R., Yagova N., Hayakawa M. The origin of the spectral resonance structures of the ionospheric Alfvén reso-nator. Single high-altitude re fl ection or resonant cavity excitation? J. Geophys. Res. 2014, vol. 119, pp. 3117-3129. DOI: 10.1002 / 2013JA019428.
8. Gromova L.I., Kleimenova N.G., Levitin A.E., Gromov S.V., Dremukhina L.A., Zelinskyi N.P. Daytime geomagnetic disturbances in high latitudes during a strong magnetic storm on June 21-23, 2015: the initial phase of the storm. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2016, vol. 56, no. 3, pp. 302-313. DOI: 10.7868 / S0016794016030056. (In Russian).
9. Guglielmi A.V. MGD-volny v okolozemnoi plazme [MHD waves in near-Earth plasma]. Moscow, Science Publ. 1979. 140 p. (In Russian).
10. Hayakawa M., Nickolaenko A. P., Ogava T., Komatsu V. Q-bursts waveforms: model and experiment. Telecommunications and Radio Engineering. 2002, vol. 69 (19), pp. 1735-1750. DOI: 10.1615 / TelecomRadEng.v.69.i19.50.
11. Kangas J., Guglielmi A., Pokhotelov O. Morphology and physics of the short-period mfgnetic pulsations (A Review). Space Science Rev. 1998, vol. 83, pp. 435-512.
12. Leonovich A.S., Mazur V.A. Lineinaya teoriya MGD-kolebanii magnitosfery. [The linear theory of MHD oscillations of the magnetosphere]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2016, 317 p. (In Russian).
13. Levshin A.A., Frantsuzova V.I., Shkadinskaya G.V. Spectral-temporal analysis of seismic wave. Com-puter seismology. 1968, vol. 4, p. 197. (In Russian).
14. Lin R.L., Zhang X.X., Liu S.Q., Wang Y.L., Gong J.C. A three-dimensional asymmetric magnetopause model. J. Geo-phys. Res. 2010, vol. 115, A04207. DOI: 10.1029 / 2009 / JA014235.
15. Marmet P. New digital filter for analysis of experimental data. Rev. of Scientific Instruments. 1979, vol. 50, no. 1, pp. 79-83.
16. Nishida A. 1980. Geomagnitnyi diagnoz magnitosfery [Geomagnetic diagnosis of the magneto-sphere]. Moscow, Mir Publ., 299 p. (In Russian).
17. Nickolaenko A. P., Hayakawa M. Resonances in the Earth - Ionosphere cavity. Cluver Academic Pub-lishing. Dordreht, Neederland, 2002, 380 p.
18. Olson, J. V., Lee L.G. Pc1 wave generation by sudden impulses. Planet. Space Sci. 1983, vol. 31, no.3, pp.295-302.
19. Parkhomov V.A., Dovbnya B.V., Borodkova N.L., Safargaleyev V.V., Pashinin A.Y. Pulse bursts of geomagnetic pulsations in 0.2-7 Hz frequency range as a first signal of interaction between interplanetary shock waves and the magnetosphere. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terr. Phys]. 2014, iss. 25, pp. 21-28. (In Russian).
20. Parkhomov V.A., Dmitriev A. V., Tsegmed B. On the origin of burst Pc1 pulsations produced in interaction with an oblique interplanetary shock. Planet. Space Sci. 2015, vol. 109-110, no.1, pp. 21-31.
21. Parkhomov V.A., Dovbnya B. V., Borodkova N.L., Dmitriev A. V., Safargaleyev V.V., Pashinin A.Y. Impulse Bursts of Geomagnetic Pulsations as the Ground Signature of Contact of Interplanetary Irregularity with the Dayside Magnetopause. Open Access Library J. 2016, 3: e2493. DOI: 10.4236 / oalib.1102493.
22. Parkhomov V.A., Borodkova N.L., Yahnin A.G., Suvorova A.V., Dovbnya B.V., Pashinin A.Y., Kozelov B.V. Global pulse burst of geomagnetic pulsations in 0.2-5 Hz frequency range as a precursor of the sudden commencement of Patric geomagnetic storm on 03/17/2015. Kosmicheskie issledovaniya. [Cosmic Res.] 2017, no. 4, pp. 321-334. (In Russian).
23. Polyakov V.O., Rapoport V.Y. Ionospheric Alfven resonator. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1981, vol. 21, no. 5, pp. 610-614. (In Russian).
24. Safargaleev V., Kangas J., Kozlovsky A.Q., Vasilyev A. ULF noice excited by sudden solar wind dynamic pressure. Annales Geophys. 2002, vol. 20, pp. 1751-1761.
25. Saito T. Geomagnetic pulsations. Space Sci. Rev. 1969, vol. 10, no. 3, pp. 319-412.
26. Semenova N. V., Yahnin A.G. Diurnal behaviour of the ionospheric Alfven resonator signatures as observed at high latitude observatory Barentsburg (L = 15). Ann. Geophys. 2008, vol. 26, pp. 2245-2251.
27. Shiokawa K., Nomura R., Sakaguchi K., Otsuka Y., Hamaguchi Y., Satoh M., Katoh Y., Yamamoto Y., Shevtsov BM, Smirnov S., Poddelsky I., Connors M. The STEL induction magnetometer network for observation of high-frequency geomagnetic pulsations. Earth, Planets and Space. 2010, vol. 62, pp. 517-524.
28. Yahnin A.G., Semenova N.V., Ostapenko A.A., Kangas J., Manninen J., Turunen T. Morphology of the spectral resonance structure of the electromagnetic background in the range of 0.1-4 Hz at L = 5.2. Annales Geophysicae. 2003, vol. 21, pp. 779-786.
29. URL: http://umtof.umd.edu/pm/FIGS.HTML (accessed August 16, 2018).
30. URL: http://www.obsebre.es/en/rapid (accessed August 16, 2018).
31. URL: https://satdat.ngdc.noaa.gov/sem/goes/data/full (accessed August 16, 2018).
32. URL: https://cdaweb.sci.gsfc.nasa.gov/cdaweb/istp_public (accessed August 16, 2018).
