Solar-Terrestrial PhysicsSolar-Terrestrial PhysicsСолнечно-земная физика / Solnechno-Zemnaya Fizika / Solar-Terrestrial Physics2712-96402112610.12737/szf-44201806Результаты исследованийResults of current researchРезультаты исследованийSpectral and photometric characteristics of mid-latitude auroras during the magnetic storm of March 17, 2015Спектральные и фотометрические характеристики среднеширотного сияния во время магнитной бури 17 марта 2015 г.МихалевАлександр ВасильевичMikhalevAleksandr Vasilyevichmikhalev@iszf.irk.ru
ПодлесныйСтепан ВитальевичPodlesnyStepan Vitalyevichstep8907@mail.ruТащилинМихаил АнатольевичTashchilinMikhail Anatolyevichmiketash@iszf.irk.ruАртамоновМаксим ФёдоровичArtamonovMaksim Fedorovichartamonov.maksim@iszf.irk.ruИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar-Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar-Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar-Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian Federation445461https://zh-szf.ru/en/nauka/article/21126/view
Исследована пространственно-временная динамика среднеширотного сияния по данным наблюдений на юге Восточной Сибири в ходе большой геомагнитной бури Святого Патрика 17 марта 2015 г. Выполнен морфологический анализ характеристик наблюдаемого сияния. Сделан предварительный вывод, что анализируемое событие является результатом проявления двух форм среднеширотных сияний (тип «d» и SAR-дуга) и обыч-ного полярного сияния, наблюдавшегося у северного горизонта. Максимальная интенсивность доминирующей эмиссии [OI] 630.0 нм (~14 кРл) позволяет отнести данное среднеширотное сияние к экстремальным сияниям, наблюдавшимся в средних широтах, которое уступает лишь сиянию во время супер-бури 20 ноября 2003 г. (~19 кРл).
We study the spatiotemporal dynamics of mid-latitude aurora from observations in the south of Eastern Siberia during St. Patrick’s severe geomagnetic storm on March 17, 2015. We perform a morphological analysis of characteristics of the observed auroras. A preliminary conclusion is drawn that the analyzed event is the result of the manifestation of mid-latitude auroras of two types (type “d” and SAR arc) and ordinary aurora observed at the northern horizon. The maximum intensity of the dominant emission [OI] at 630.0 nm (~14 kR) allows this mid-latitude aurora to be attributed to the extreme auroras occurring in mid-latitudes, which is second only to the November 20, 2003 superstorm (~19 kR).
геомагнитная бурясреднеширотное сияниеспектры среднеширотного сиянияавроральные эмиссии 557.7 и 630.0 нм.geomagnetic stormmid-latitude auroraspectrum of mid-latitude aurora557.7 and 630.0 nm emissions
ВВЕДЕНИЕСреднеширотные сияния (CC) являются относи-тельно редким геофизическим явлением. По данным работы [Краковецкий и др., 1989], вероятность наблюдения СС в Северном полушарии составляет на географических широтах 55°–60° N пять случаев в год 50°–55° N — 1; 40°–50° N — 0.1. Основной доминирующей эмиссией СС является запрещенная линия атомарного кислорода [OI] 630.0 нм, интенсивность которой определяется степенью развитости кольцевого тока (Dst-индексом) во время магнитной бури (МБ) [Трутце, 1973; Rassoul et al., 1992; Михалев и др., 2004]. Минимальное значение Dst-индекса (Dstmin) для МБ 17 марта 2015 г. составило –222 нТл [http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dst_realtime], что, согласно [Gonzalez et al., 1999], позволяет отнести эту бурю к экстремальным МБ. Последний раз МБ с Dstmin<–220 нТл наблюдалась 15 мая 2005 г. в предыдущем, 23-м солнечном цикле. Таким образом, МБ 17 марта 2015 г. является одной из самых больших (по Dst-индексу) магнитных бурь текущего 24-го солнечного цикла.В настоящей работе представлены результаты наблюдений СС на юге Восточной Сибири комплексом оптических инструментов во время геомагнитной бури Святого Патрика 17 марта 2015 г. Выпол-нен предварительный морфологический анализ характеристик наблюдаемого СС, без детального, за некоторыми исключениями, сопоставления с ионосферными, магнитосферными, спутниковыми данными и моделями. Подобное сопоставление, несомненно представляющее большой интерес, может являться предметом дальнейших исследований.
Белецкий А.Б., Тащилин М.А., Михалев А.В., Татарников А.В. Спектральные измерения собственного излучения ночной атмосферы с помощью спектрографа Shamrock SR-303i // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13, № 3. С. 192-197.Beletsky A.B., Tashchilin M.A., Mikhalev A.V., Tatarnikov A.V. Spectral measurements of eigen emission of the night atmosphere with Shamrock SR-303i spectrograph. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Current Problems in Remote Sensing of the Earth From Space]. 2016, vol. 13, iss. 3, pp. 192-197. (In Russian).Васильев Р.В., Артамонов М.Ф., Белецкий А.Б. и др. Регистрация параметров верхней атмосферы Восточной Сибири при помощи интерферометра Фабри-Перо KEO Scientific «Arinae» // Солнечно-земная физика. 2017. Т. 3, № 3. С. 70-87. DOI: 10.12737/szf-33201707.Danilov A.D. Response of the F region to geomagnetic disturbances (Review). Geliogeofizicheskie issledovaniya [Heliogeophysical Res.]. 2013, vol. 5, pp. 1-33. (In Russian).Данилов А.Д. Реакция области F на геомагнитные возмущения (Обзор) // Гелиогеофизические исследования. 2013. Вып. 5. С. 1-33.Earle G.D., Davidson R.L., Heelis R.A., Coley W.R., Weimer D.R., Makela J.J., Fisher D.J., Gerrard A.J., Meriwether J. Low latitude thermospheric responses to magnetic storms. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013, vol. 118, pp. 3866-3876. DOI: 10.1002/jgra.50212.Иевенко И.Б., Алексеев В.Н. Влияние суббури и бури на динамику SAR-дуги. Статистический анализ // Геомагнетизм и аэрономия. 2004. Т. 44, № 5. С. 643-654.Gonzalez W.D., Tsurutani B.T., Alicia L. Clúa de Gonzalez. Interplanetary origin of geomagnetic storms. Space Sci. Rev. 1999, vol. 88, iss. 3-4, pp. 529-562.Краковецкий Ю.К., Лойша В.А., Попов Л.Н. Хронология полярных сияний за последнее тысячелетие // Солнечные данные. 1989. № 5. С. 110-115.Harding B.J., Gehrels T.W., Makela J.J. Nonlinear regression method for estimating neutral wind and temperature from Fabry-Perot interferometer data. Appl. Opt. 2014, vol. 53, pp. 666-673. DOI: 10.1364/AO.53.000666.Михалев А.В. Некоторые особенности наблюдений среднеширотных сияний и возмущений эмиссий верхней атмосферы во время магнитных бурь в регионе Восточной Сибири // Оптика атмосферы и океана. 2001. Т. 14, № 10. С. 970-973.Ievenko I.B., Alekseev V.N. Substorm and storm effect on SAR arc dymamics. Statistical analysis. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2004, vol. 44, no. 5, pp. 643-654. (In Russian).Михалев А.В. Сезонные и межгодовые вариации атмосферной эмиссии [OI] 630.0 нм по данным наблюдений в регионе Восточной Сибири в 2011-2017 гг. // Солнечно-земная физика. 2018. Т. 4, № 2. С. 96-101. DOI: 10.12737/szf-42201809.Ievenko I.B., Parnikov S.G. Comparison of the overlap region of energetic plasma and a plasmapause by the Van Allen Probe data with the SAR arcs ground observations during storm and substorm. Solar-Terrestrial Relations and Physics of Earthquake Precursors. VIII International Conference, September 25-29, 2017, Paratunka, Kamchatskii krai: Abstracts. 2017. pp. 75-76.Михалев А.В., Белецкий А.Б., Костылева Н.В., Черниговская М.А. Среднеширотные сияния на юге Восточной Сибири во время больших геомагнитных бурь 29-31 октября и 20-21 ноября 2003 г. // Космические исследования. 2004. Т. 42, № 6. C. 616-621.Kamide Y., Kusano K. No major solar flares but the largest geomagnetic storm in the present solar cycle. Space Weather. 2015, vol. 13, pp. 365-367. DOI: 10.1002/2015SW001213.Михалев А.В., Белецкий А.Б., Костылева Н.В., Черниговская М.А. Характеристики среднеширотных сияний во время больших геомагнитных бурь в текущем солнечном цикле // Оптика атмосферы и океана. 2005. Т. 18, № 01-02. С. 155-159.Khorosheva O.V. Magnetospheric disturbances and dynamics of ionospheric electrojets, auroras, and plasmapause. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1987, vol. XXVII, no. 5, pp. 804-811. (In Russian).Михалев А.В., Подлесный С.В., Стоева П.В. Свечение ночной атмосферы в RGB цветовом представлении // Солнечно-земная физика. 2016. Т. 2, № 3. С. 74-80. DOI: 10.12737/19040.Krakovetsky Yu.K., Loisha V.A., Popov L.N. Chronology of auroras for last millennium. Solnechnye dannye [Solar Data]. 1989, no. 5, pp. 110-115. (In Russian).Омхольт А. Полярные сияния. М.: Мир, 1974. 246 с.Mikhalev A.V. Some particulars in observation of mid-latitude airglows and disturbances of the upper atmosphere emissions during magnetic storms in the Eastern Siberia region. Optika atmosfery i okeana [Atmospheric and Oceanic Optics]. 2001, vol. 14, no. 10, pp. 970-973. (In Russian).Подлесный С.В., Михалев А.В. Спектрофотометрия среднеширотных сияний, наблюдаемых в регионе Восточной Сибири во время магнитных бурь 27 февраля 2014 г. и 17 марта 2015 г. // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике. Труды XIV конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом». Иркутск, 2015. С. 175-177.Mikhalev A.V. Seasonal and interannual variations in the [OI] 630 nm atmospheric emission as derived from observations over Eastern Siberia in 2011-2017. Solar-Terr. Phys. 2018, vol. 4, iss. 2, pp. 58-62, DOI: 10.12737/stp-42201809.Трутце Ю.Л. Верхняя атмосфера во время геомагнитных возмущений // Полярные сияния и свечения ночного неба. М.: Наука, 1973. № 20. С. 5-22.Mikhalev A.V., Beletsky A.B., Kostyleva N.V., Chernigovskaya M.A. Mid-latitude airglows in the southeast Siberia during strong magnetic storms on October 29-31 and November 20-21, 2003. Kosmicheskie issledovaniya [Cosmic Res.]. 2004, vol. 42, no. 6, pp. 616-621. (In Russian).Хорошева О.В. Магнитосферные возмущения и связанная с ними динамика ионосферных электроструй, полярных сияний и плазмопаузы // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. XXVII, № 5. С. 804-811.Mikhalev A.V., Beletsky A.B., Kostyleva N.V., Chernigovskaya M.A. Characteristics of mid-latitude airglows during strong magnetic storms in the current solar cycle. Optika atmosfery i okeana [Atmospheric and Oceanic Optics]. 2005, vol. 18, no. 01-02, pp. 155-159. (In Russian).Harding B.J., Gehrels T.W., Makela J.J. Nonlinear regression method for estimating neutral wind and temperature from Fabry-Perot interferometer data // Appl. Opt. 2014. V. 53. P. 666-673. DOI: 10.1364/AO.53.000666.Mikhalev A.V., Podlesny S.V., Stoeva P.V. Night airglow in RGB mode. Solar-Terr. Phys. 2016, vol. 2, iss. 3, pp. 106-114. DOI: 10.12737/22289.Ievenko I.B., Parnikov S.G. Comparison of the overlap region of energetic plasma and a plasmapause by the Van Allen Probe data with the SAR arcs ground observations during storm and substorm // Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений: VIII Международная конференция, с. Паратунка, Камчатский край, 25-29 сентября 2017 г.: тезисы докладов. Петропавловск-Камчатский: ИКИР ДВО РАН, 2017. С. 75-76.Omholt A. Polyarnye siyaniya [Auroras]. Moscow, Mir Publ., 1974, 246 p. (In Russian).Earle G.D., Davidson R.L., Heelis R.A., et al. Low latitude thermospheric responses to magnetic storms // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013. V. 118. P. 3866-3876. DOI: 10.1002/jgra.50212.Podlesny S.V., Mikhalev A.V. Spectrophotometry of mid-latitude airglows observed in the Eastern Siberia region during magnetic storms on February 27, 2014 and March 17, 2015. Mezhdunarodnaya Baikalskaya molodezhnaya nauchnaya shkola po fundamentalnoi fizike. XIV Konferentsiya molodykh uchenykh “Vzaimodeistvie polei i izlucheniya s veshchestvom [Young Scientists’ International School on Fundamental Physics. XV Young Scientists’ Conference “Interaction of Fields and Radiation with Matter”]. Irkutsk, 2015, pp. 175-177. (In Russian).Gonzalez W.D., Tsurutani B.T., Alicia L. Clúa de Gonzalez. Interplanetary origin of geomagnetic storms // Space Sci. Rev. 1999. V. 88, iss. 3-4. P. 529-562.Rassoul H.K., Rochrbaugh R.P., Tinsley B.A. Low-latitude particle precipitation and associated local magnetic disturbance. J. Geophys. Res. 1992, vol. 97, no. A4. pp. 4041-4052.Kamide Y., Kusano K. No major solar flares but the largest geomagnetic storm in the present solar cycle // Space Weather. 2015. V. 13. P. 365-367. DOI: 10.1002/2015SW001213.Rassoul H.K., Rohrbaugh R.P., Tinsley B.A., Slater D.W. Spectrometric and photometric observations of low-latitude aurorae. J. Geophys. Res. 1993, vol. 98, no. A5, pp. 7695-7709.Rassoul H.K., Rochrbaugh R.P., Tinsley B.A. Low-latitude particle precipitation and associated local magnetic disturbance // J. Geophys. Res. 1992. V. 97, N A4. P. 4041-4052.Rees M.H., Roble R.G. Observations and theory of the formation of stable auroral red arcs. Res. Geophys. 1975, vol. 13, no. 1, pp. 201-242.Rassoul H.K., Rohrbaugh R.P., Tinsley B.A., Slater D.W. Spectrometric and photometric observations of low-latitude aurorae // J. Geophys. Res. 1993. V. 98, N. A5. P. 7695-7709.Shiokawa K., Otsuka Y., Oyama S., Nozawa S., Satoh M., Katoh Y., Hamaguchi Y., Yamamoto Y., Meriwether J. Development of low-cost sky-scanning Fabry-Perot interferometers for airglow and auroral studies. Earth Planet Space. 2012, vol. 63, iss. 11, pp. 1033-1046. DOI: 10.5047/eps.2012.05.004.Rees M.H., Roble R.G. Observations and theory of the formation of stable auroral red arcs // Res. Geophys. 1975. V. 13, № 1. P. 201-242.Truttse Yu.L. Upper atmosphere during geomagnetic disturbances. Polyarnye siyaniya i svecheniya nochnogo neba [Auroras and Night Airglows]. 1973, vol. 20, pp. 5-22. (In Russian).Shiokawa K., Otsuka Y., Oyama S., et al. Development of low-cost sky-scanning Fabry-Perot interferometers for airglow and auroral studies // Earth Planet Space. 2012. V. 63, iss. 11. P. 1033-1046. DOI: 10.5047/eps.2012.05.004.Vasilyev R.V., Artamonov M.F. Beletsky A.B., Zherebtsov G.A., Medvedeva I.V., Mikhalev A.V., Syrenova T.E. Registering upper atmosphere parameters in East Siberia with Fabry-Perot Interfero-meter KEO Scientific “Arinae”. Solar-Terr. Phys. 2017, vol. 3, iss. 3, pp. 61-75. DOI: 10.12737/stp-33201707.Zhang Shunrong. Ionospheric observational campaign study of geospace storms: a scenaro for strong ionosphere and thermosphere coupling during the 2015 St Patrick’s day storm // Second VarSITI General Symposium (VarSITI-2017). Meeting place: Marriot Courtyard City Center, Irkutsk, July 10-15, 2017. VarSITI Abstracts, P. 104.Zhang Shunrong. Ionospheric observational campaign study of geospace storms: a scenaro for strong ionosphere and thermosphere coupling during the 2015 St Patrick’s day storm. Second VarSITI General Symposium (VarSITI-2017). Meeting place: Marriot Courtyard City Center, Irkutsk, July 10-15, 2017. VarSITI Abstracts, p. 104.URL: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dst_realtime (дата обращения 12 мая 2018).URL: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dst_realtime (accessed May 12, 2018).URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/spectr (дата обращения 12 мая 2018).URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/spectr (accessed May 12, 2018).URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/color (дата обращения 12 мая 2018).URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/color (accessed May 12, 2018).URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/keo (дата обращения 12 мая 2018).URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/keo (accessed May 12, 2018).URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056 (дата обращения 12 мая 2018).URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056 (accessed May 12, 2018).