Solar-Terrestrial Physics Solar-Terrestrial Physics Солнечно-земная физика / Solnechno-Zemnaya Fizika / Solar-Terrestrial Physics 2712-9640 73786 10.12737/szf-102202405 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Lifetime of a polarization jet during long-term magnetic storms Время жизни поляризационного джета при длительных магнитных бурях Степанов Александр Егорович Stepanov Aleksandr Egorovich a_e_stepanov@ikfia.ysn.ru Данилов Спиридон Ильич Danilov Spiridon Il'ich dinox292@gmail.com Баишев Дмитрий Гаврильевич Baishev Dmitry Gavrilyevich baishev@ikfia.ysn.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Халипов Виктор Лаврентьевич Khalipov Viktor Lavrentyevich khalipovvictor@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-8488-8654 Котова Галина Аврамовна Kotova Galina Avramovna kotova@iki.rssi.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Кобякова Саргылана Егоровна Kobyakova Sargylana Egorovna s.e.kobyakova@ikfia.ysn.ru Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Якутск Россия Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS Yakutsk Russian Federation Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Якутск Россия Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS Yakutsk Russian Federation Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Якутск Россия Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS Yakutsk Russian Federation Институт космических исследований РАН Москва Россия Space Research Institute RAS Moscow Russian Federation Институт космических исследований РАН Москва Россия Space Research Institute RAS Moscow Russian Federation Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Якутск Россия Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS Yakutsk Russian Federation 25 06 2024 25 06 2024 10 2 53 59 23 01 2024 25 04 2024 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/73786/view

В работе рассматриваются условия появления и характерные временные масштабы поляризационного джета во время сильных и длительных геомагнитных бурь на основе измерений ионосферных параметров на спутниках серии DMSP (h~830 км) и на наземной ионосферной станции «Якутск» (YA462). Поляризационный джет на ионосферной станции «Якутск» регистрировался в вечернем секторе на фоне суббуревых возмущений, когда геомагнитный индекс SME достигал от 1000 до ~3000 нТл и по данным магнитной обсерватории «Якутск» (YAK) наблюдались положительные бухты величиной ~50–100 нТл в H-компоненте и ~100–200 нТл в Z-компоненте магнитного поля Земли. Показано, что время существования поляризационного джета, или узких провалов ионосферной плазмы в субавроральной ионосфере, во время сильных и длительных магнитных бурь может достигать 12 ч.

The paper examines conditions of occurrence and typical time scales of a polarization jet by measuring ionospheric parameters from DMSP satellites (h~830 km) and using data from the ground-based ionospheric station Yakutsk (YA462) during strong and long-term geomagnetic storms. The polarization jet at the ionospheric station Yakutsk was recorded in the dusk sector at the background of substorm disturbances when the geomagnetic index SME reached values from 1000 to ~3000 nT, and, according to data from the magnetic observatory Yakutsk (YAK), there was a positive bay ~50–100 nT in the geomagnetic field H component and ~100–200 nT in its Z component. We show that the lifetime of the polarization jet or narrow troughs in ionospheric plasma in the subauroral ionosphere during strong and long-term magnetic storms can be as long as 12 hrs.

 ионосфера магнитосфера поляризационный джет SME-индекс дрейф плазмы узкий провал магнитная буря и суббуря ionosphere magnetosphere polarization jet SME index plasma drift narrow dip magnetic storm and substorm Работа выполнена в рамках государственного задания (проект 0297-2021-0009, номер госрегистрации № 12201 700182-1) и частично поддержана грантом РФФИ № 21-55-50013 The work was carried out under of the Government assignment (Project 0297-2021-0009, State Registration Number 122011700182-1) and partially supported by RFBR Grant No. 21-55-50013

Айзенберг Г.З. Коротковолновые антенны. М.: Связьиздат, 1962. 815 с. Anderson P., Heelis R., Hanson W. The ionospheric signatures of rapid subauroral ion drifts. J. Geophys. Res. 1991, vol. 96, no. A4, pp. 5785–5792. DOI: 10.1029/90JA02651. Бороев Р.Н., Васильев М.С. Исследование авроральной активности по данным SME-индекса на главных фазах магнитных бурь во время CIR- и ICME-событий. Солнечно-земная физика. 2021. Т. 7, № 4. С. 19–24. DOI: 10.12737/szf-74202103. Boroyev R.N., Vasiliev M.S. Study of auroral activity according to the SME index at the main phase of magnetic storms during CIR and ICME events. Solar-Terr. Phys. 2021, vol. 7, iss. 4, pp. 18–23. DOI: 10.12737/stp-74202103. Васильев Г.В., Васильев К.Н., Гончаров Л.П. Автоматическая панорамная ионосферная станция типа АИС. Геомагнетизм и аэрономия. 1961. Т. 1, № 11. С. 120–125. Aizenberg G.Z. Korotkovolnovye antenny [Short-wave antennas]. Moscow, Sviaz’izdat Publ., 1962, 815 p. (In Russian). Гальперин Ю.И., Пономарев В.Н., Зосимова А.Г. Прямые измерения скорости дрейфа ионов в верхней ионосфере во время магнитной бури II. Результаты измерений во время магнитной бури 3 ноября 1967 г. Космические исследования. 1973. Т. 11, № 2. С. 284–296. Foster J.C., Burke W.J. SAPS: A new characterization for sub-auroral electric fields. Eos. 2002, vol. 83, pp. 393–394. Гальперин Ю.И., Сивцева Л.Д., Филиппов В.М., Халипов В.Л. Субавроральная верхняя ионосфера. Новосибирск: Наука, 1990. 192 с. Galperin Yu.I., Ponomarev V.N., Zosimova A.G. Direct measurements of ion drift velocity in the upper ionosphere during magnetic storm II. Results of measurements during the magnetic storm of 3 November 1967. Kosmicheskie issledovaniya [Cosmic Res.]. 1973, vol. 11, no. 2, pp. 284–296. (In Russian). Магнитные бури за 1988–2000 гг. / Под ред. Канониди Х.Д. ИЗМИРАН, 2005. 277 c. Galperin Yu.I., Sivtseva L.D., Filippov V.M., Khalipov V.L. Subavroral’naya verkhnaya ionosfera [Subauroral upper ionosphere]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1990, 192 p. (In Russian). Мамруков А.П., Филиппов Л.Д. Якутская меридиональная цепочка ионозондов ВЗ и ВНЗ и круглосуточные наблюдения на ней главного ионосферного провала. Эффекты высыпания заряженных частиц в верхней атмосфере. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1988. С. 107–123. Gjerloev J.W. A global ground-based magnetometer initiative. Eos. 2009, vol. 90, pp. 230–231. DOI: 10.1029/2009EO 270002. Синевич А.А., Чернышов А.А., Чугунин Д.В. и др. Исследование мелкомасштабной структуры поляризационного джета во время геомагнитной бури 20 апреля 2018 г. Солнечно-земная физика. 2021. Т. 7, № 1. С. 21–33. DOI: 10.12737/szf-71202103. Gjerloev J.W. The SuperMAG data processing technique. J. Geophys. Res. 2012, vol. 117, A09213. DOI: 10.1029/2012 JA017683. Степанов А.Е., Халипов В.Л., Бондарь Е.Д. Сопоставление характеристик поляризационного джета на разнесенных станциях Якутск – Подкаменная Тунгуска. Космические исследования. 2008. Т. 46, № 2. С. 116–121. He F., Zhang X.-X., Chen B. Solar cycle, seasonal, and diurnal variations of subauroral ion drifts: Statistical results. J. Geophys. Res. 2014, vol. 119, no. A6, pp. 5076–5086. DOI: 10.1002/2014JA019807. Cтепанов А.Е., Халипов В.Л., Котова Г.А. и др. Данные наблюдений крупномасштабной конвекции плазмы в магнитосфере в зависимости от уровня геомагнитной активности. Геомагнетизм и аэрономия. 2016. Т. 56, № 2. С. 194–199. DOI: 10.7868/S0016794016010119. Khalipov V.L., Galperin Yu.I., Lisakov Yu.V., Nikolaenko L.M., Kran’e Zh., Sinitsyn V.M., Sovo Zh.-A. Diffuse auroral zone. II. Formation and dynamics of the polar edge of the subauroral ionospheric trough in the evening sector. Kosmicheskie issledovaniya [Cosmic Res.]. 1977, vol. 15, no. 5, pp. 708–724. (In Russian). Степанов А.Е., Халипов В.Л., Голиков И.А. и др. Поляризационный джет: узкие и быстрые дрейфы субавроральной ионосферной плазмы. Якутск: Издат. дом СВФУ. 2017. 176 c. Khalipov V.L., Galperin Yu.I., Stepanov A.E., Shestakova L.V. Formation of a polarization jet during the explosive phase of a substorm: results of ground-based measurements. Cosmic Res. 2001, vol. 39, no. 3, pp. 226–235. DOI: 10.1023/ A:1017573319665. Степанов А.Е., Кобякова С.Е., Халипов В.Л. Наблюдение быстрых субавроральных дрейфов ионосферной плазмы по данным Якутской меридиональной цепочки станций. Солнечно-земная физика. 2019. Т. 5, № 4. С. 73–79. DOI: 10.12737/szf-54201908. Khalipov V.L., Stepanov A.E., Kotova G.A. Bondar’ E.D. Position variations of the polarization jet and injection boundary of energetic ions during substorms. Geomagnetism and Aeronomy. 2016, vol. 56, no. 2, pp. 174–180. DOI: 10.1134/ S0016793216020080. Халипов В.Л., Гальперин Ю.И., Лисаков Ю.В. и др. Диффузная авроральная зона. II. Формирование и динамика полярного края субаврорального ионосферного провала в вечернем секторе. Космические исследования. 1977. Т. 15, № 5. С. 708–724. Lario D., Decker R.B. The energetic storm particle event of October 20, 1989. Geophys. Res. Lett. 2002, vol. 29, no. 10, pp. 1393–1396. DOI: 10.1029/2001GL014017. Халипов В.Л., Гальперин Ю.И., Степанов А.Е., Шестакова Л.В. Формирование поляризационного джета в ходе взрывной фазы суббури: результаты наземных измерений. Космические исследования. 2001. Т. 39, № 3. С. 244–253. MacDonald E.A., Donovan E., https://orcid.org/0000-0002-8557-4155Nishimura Y., Case N.A., Gillies D.M., Gallardo-Lacourt B., Archer W.E., Spanswick E.L., et al. New science in plain sight: Citizen scientists lead to the discovery of optical structure in the upper atmosphere. Sci. Adv. 2018, vol. 4, iss. 3, eaaq0030. DOI: 10.1126/sciadv.aaq0030. Халипов В.Л., Степанов А.Е., Котова Г.А., Бондарь Е.Д. Вариации положения поляризационного джета и границы инжекции энергичных ионов во время суббурь. Геомагнетизм и аэрономия. 2016. Т. 56, № 2. С. 187–193. DOI: 10.7868/S0016794016020085. Magnitnye buri za 1988–2000 gg. [Magnetic storms for 1988–2000]. Ed. by Kanonidi Kh.D. Troitsk, IZMIRAN, 2005, 277 p. (In Russian). Anderson P., Heelis R., Hanson W. The ionospheric signatures of rapid subauroral ion drifts. J. Geophys. Res. 1991. Vol. 96, no. A4. P. 5785–5792. DOI: 10.1029/90JA02651. Mamrukov A.P., Filippov L.D. Yakutsk meridional chain of ionosondes of VS and VOS and observations of the main ionospheric trough. Effekty vysypanii zaryazhennykh chastits v verkhnei atmosfere [Effects of charged particle precipitation in the upper atmosphere]. Yakutsk, 1988, pp. 107–123. (In Russian). Foster J.C., Burke W.J. SAPS: A new characterization for sub-auroral electric fields. Eos. 2002. Vol. 83. P. 393–394. Newell P.T., Gjerloev J.W. Substorm and magnetosphere characteristic scales inferred from the SuperMAG auroral electrojet indices. J. Geophys. Res. 2011, vol. 116, no. A12232. DOI: 10.1029/2011JA016936. Gjerloev J.W. A global ground-based magnetometer initiative. Eos. 2009. Vol. 90. P. 230–231. DOI: 10.1029/2009EO 270002. Newell P.T., Gjerloev J.W. Local geomagnetic indices and the prediction of auroral power. J. Geophys. Res. 2014, vol. 119, pp. 9790–9803. DOI: 10.1002/2014JA020524. Gjerloev J.W. The SuperMAG data processing technique. J. Geophys. Res. 2012. Vol. 117, A09213. DOI: 10.1029/2012 JA017683. Reinisch B.W. New techniques in ground-based ionospheric sounding and studies. Radio Sci. 1987, vol. 21, no. 3, pp. 331–341. DOI: 10.1029/RS021i003p00331. He F., Zhang X.-X., Chen B. Solar cycle, seasonal, and diurnal variations of subauroral ion drifts: Statistical results. J. Geophys. Res. 2014. Vol. 119, no. A6. P. 5076–5086. DOI: 10.1002/2014JA019807. Reinisch B.W., Haines D.M., Kuklinski W.S. The new portable digisonde for vertical and oblique sounding. AGARD Conf. Proc. 1992, CP 502, pp. 1–11. Lario D., Decker R.B. The energetic storm particle event of October 20, 1989. Geophys. Res. Lett. 2002. Vol. 29, no. 10. P. 1393–1396. DOI: 10.1029/2001GL014017. Sinevich A.A., Chernyshov A.A., Chugunin D.V., Miloch W.J., Mogilevsky M.M. Studying the small-scale structure of a polarization jet during the April 20, 2018 geomagnetic storm. Solar-Terr. Phys. 2021, vol. 7, iss. 1, pp. 17–26. DOI: 10.12737/stp-71202103. MacDonald E.A., Donovan E., Nishimura Y., et al. New science in plain sight: Citizen scientists lead to the discovery of optical structure in the upper atmosphere. Sci. Adv. 2018. Vol. 4, iss. 3. eaaq00302018. DOI: 10.1126/sciadv.aaq0030 Spiro R.W., Heelis R.A., Hanson W.D. Rapid subauroral ion drifts observed by Atmospheric Explorer C. Geophys. Res. Lett. 1979, vol. 5, pp. 660–675. Newell P.T., Gjerloev J.W. Substorm and magnetosphere characteristic scales inferred from the SuperMAG auroral electrojet indices. J. Geophys. Res. 2011. Vol. 116. A12232. DOI: 10.1029/2011JA016936. Stepanov A.E., Khalipov V.L., Bondar E.D. Comparison of polarization jet characteristics at spaced stations Yakutsk – Podkamennaya Tunguska. Cosmic Res. 2008, vol. 46, no. 2, pp. 114–119. DOI: 10.1134/S0010952508020032. Newell P.T., Gjerloev J.W. Local geomagnetic indices and the prediction of auroral power. J. Geophys. Res. 2014. Vol. 119. P. 9790–9803. DOI: 10.1002/2014JA020524. Stepanov A.E., Khalipov V.L., Kotova G.A., Zabolotskii M.S., Golikov I.A. Observations of large scale plasma convection in the magnetosphere with respect to the geomagnetic activity level. Geomagnetism and Aeronomy. 2016, vol. 56, no. 2, pp. 181–186. DOI: 10.1134/S0016793216010114. Reinisch B.W. New techniques in ground-based ionospheric sounding and studies. Radio Sci. 1987. Vol. 21, no. 3. P. 331–341. DOI: 10.1029/RS021i003p00331. Stepanov A.E., Khalipov V.L., Golikov I.A., Bondar’ E.D. Polyarizatsionnyi dzhet: uzkie i bystrye dreify subavroral’noi ionosfernoi plazmy [Polarisation jet: Narrow and fast drifts of the subauroral ionospheric plasma]. Yakutsk, Izdatel'skii dom SVFU [Publishing House of the North-Eastern Federal University], 2017, 176 p. (In Russian). Reinisch B.W., Haines D.M., Kuklinski W.S. The new portable digisonde for vertical and oblique sounding. AGARD Conf. Proc. 1992. CP 502. P. 1–11. Stepanov A.E., Kobyakova S.E., Khalipov V.L. Fast subauroral drifts of ionospheric plasma according to data from Yakut meridional chain of stations. Solar-Terr. Phys. 2019, vol. 5, iss. 4, rr. 60–65. DOI: 10.12737/stp-54201908. Spiro R.W., Heelis R.A., Hanson W.D. Rapid subauroral ion drifts observed by Atmospheric Explorer C. Geophys. Res. Lett. 1979. Vol. 5. P. 660–675. Vasiliev G.V., Vasiliev K.N., Goncharov L.P. Automatic panoramic ionospheric station type AIS. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1961, vol. 1. no. 11, pp. 120–125. (In Russian). URL: https://dmsp.bc.edu (дата обращения 20 апреля 2023 г.). URL: https://dmsp.bc.edu (accessed April 20, 2024). URL: https://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/kp/index.html (дата обращения 11 мая 2023 г.). URL: https://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/kp/index.html (accessed May 11, 2024). URL: http://supermag.jhuapl.edu/info (дата обращения 23 октября 2023 г.). URL: http://supermag.jhuapl.edu/info (accessed October 23, 2024). URL: https://dmsp.bc.edu/html2/ssiesgeneral.html (дата обращения 4 апреля 2024 г.). URL: https://dmsp.bc.edu/html2/ssiesgeneral.html (accessed April 4, 2024). URL: https://dmsp.bc.edu/html2/ssiesdriftcartoon.gif (дата обращения 4 апреля 2024 г.). URL: https://dmsp.bc.edu/html2/ssiesdriftcartoon.gif (accessed April 4, 2024).