сотрудник с 01.01.1975 по 01.01.2021
Иркутск, Иркутская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Факультет космических наук и инженерии, Национальный Центральный Университет, Тайвань
Москва, Россия
Иркутск, Россия
На орбите Земли 28 июня 1999 г. была зарегистрирована диамагнитная структура (ДС), являвшаяся волокном с уникально большой скоростью (около 900 км/с). Показано, что данное волокно являлось частью специфического спорадического потока солнечного ветра (СВ), который можно рассматривать как межпланетный транзиент малых размеров. Представлены результаты исследований взаимодействия данной ДС с магнитосферой Земли. В околополуденные часы на широтах дневного каспа было зарегистрировано мощное свечение в ультрафиолетовом диапазоне (shockaurora), которое быстро распространялось к западу и востоку. Наземные наблюдения вариаций геомагнитного поля, аврорального поглощения и полярных сияний на полуночном меридиане показали развитие мощного суббуреподобного возмущения (СПВ) (АЕ~1000 нТл), начало которого связано с воздействием на магнитосферу диамагнитной структуры СВ. На геостационарном спутнике GOES-8, находившемся в полуночном секторе внешней области квазизахвата в течение СПВ, наблюдались вариации Bz- и Вх-компонент геомагнитного поля, соответствующие процессу диполизации.
стример, волокно, диамагнитная структура, полярные сияния на дневной стороне, суббуреподобное магнитосферное возмущение
ВВЕДЕНИЕ
Диамагнитные структуры (ДС) составляют основу медленного квазистационарного солнечного ветра (СВ) на орбите Земли, источниками которого на Солнце являются пояс cтримеров [Svalgaard et al., 1974], цепочки стримеров [Eselevich et al., 1999; Eselevich et al., 2007] или псевдостримеры [Wang et al., 2007]. Эти структуры фактически представляют собой магнитные трубки (в общем случае — магнитные жгуты) с плазмой [Еселевич, Еселевич, 2005]. На их поверхности течет диамагнитный ток, уменьшающий магнитное поле внутри и увеличивающий вне трубки. Диамагнитные трубки сохраняют свой угловой размер при движении от Солнца до Земли, т. е. они являются квазистатическими на протяжении всего этого пути [Еселевич, Еселевич, 2005].
Спорадический СВ, источником которого на Солнце являются корональные выбросы массы (coronal mass ejection, CME), на орбите Земли регистрируется в виде последовательности из ударной волны, ударно-нагретой плазмы и магнитного облака, или межпланетного выброса корональной массы (interplanetary coronal mass ejection, ICME). Внутри магнитного облака часто можно наблюдать изгибающийся тонкий магнитный жгут с плазмой повышенной плотности, который является выброшенным с поверхности Солнца волокном (или эруптивным протуберанцем). Он также является ДС с теми же свойствами, что и у магнитной трубки [Еселевич, Еселевич, 2005].
Анализ двух событий [Пархомов и др., 2015] столкновения волокна с магнитосферой Земли показал, что подобное взаимодействие вызывает кратковременную (20–40 мин) активизацию магнитосферных процессов, аналогичных суббуревым. Они начинаются на дневной стороне магнитосферы вспышкой сияний в полуденном секторе (shockaurora) [Zhou, Tsurutani, 1999]. Заметим, что shockaurora возникает не только при взаимодействии с магнитосферой межпланетных ударных волн, но и при резких и больших скачках давления протонов СВ [Бородкова, 2010]. Мы же рассматриваем только случаи взаимодействия с магнитосферой диамагнитных структур СВ, определяемых по отрицательному коэффициенту корреляции между скачками концентрации СВ и модуля межпланетного магнитного поля (ММП) при предшествующей долговременно существующей положительной или слабо отрицательной Bz-компоненте ММП. В таких случаях после вспышки сияний на полуденной стороне передние фронты сияний распространяются в утренний и вечерний секторы авроральной зоны. Через 3–5 мин после вспышки сияний на дневной стороне в хвосте магнитосферы и на Земле наблюдались явления, свойственные суббуре: всплески колебаний Pi1–2, усиление потоков электронов и протонов на геостационарной орбите и аврорального электроджета (возрастание АE-индекса до 600 нТл). Продолжительность возмущения определяется временем взаимодействия волокна ДС с магнитосферой. Назовем такие возмущения суббуреподобными (СПВ, substorm-like) аналогично [Huttunen et al., 2002].
Отличия рассматриваемых нами СПВ от классической суббури и псевдобрейкапов различных типов заключаются в точно определенном энергетическом источнике — ДС СВ, продолжительности явления и его начале на дневной стороне. Вводя новое определение, мы учитываем, что суббуреподобные события, которые не перерастают в полномасштабную суббурю [Акасофу, 1971], были названы псевдобрейкапами. Однако этим понятием определялись в последующих исследованиях многие подобные явления [Zhou, Tsurutani, 2001].
Целью настоящей работы является исследование развития высокоширотных возмущений, отличных от суббури классического типа (т. е. суббуреподобных), при воздействии на магнитосферу диамагнитных структур СВ, на примере уникального события 28 июня 1999 г.
1. Акасофу С. Полярные и магнитосферные суббури. М.: Мир, 1971. 320 c.
2. Бородкова Н.Л. Воздействие больших и резких изменений динамического давления солнечного ветра на магнитосферу Земли: анализ нескольких событий // Космические исследования. 2010. Т. 48, № 1. С. 43-57.
3. Еселевич М.В., Еселевич В.Г. Фрактальная структура гелиосферного плазменного слоя на орбите Земли // Геомагнетизм и аэрономия. 2005. Т. 45, № 3. С. 347.
4. Пархомов В.А., Рахматулин Р.А. Локализация и широтный дрейф источника Pi1B // Исслед. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1975. Вып. 6. C. 132.
5. Пархомов В.А., Бородкова Н.Л., Еселевич В.Г., Еселевич М.В. Резкие изменения концентрации в спорадическом солнечном ветре и их воздействие на магнитосферу Земли // Космические исследования. 2015. Т. 53, № 6. С. 449-453. DOI: 10.7868/ S002342061505009X.
6. Eselevich V.G., Fainshtein V.G., Rudenko G.V. Study of the structure of streamer belts and chains in the solar corona // Solar Phys. 1999. V. 188, N 2. P. 277.
7. Eselevich M.V., Eselevich V.G., Fujiki K. Streamer belt and chains as the main sources of quasi-stationary slow solar wind // Solar Phys. 2007. V. 240. P. 135.
8. Eselevich V.G., Fainshtein V.G., Rudenko G.V., et al. Forecasting the velocity of quasi-stationary solar wind and the intensity of geomagnetic disturbances produced by it // Cosmic Res. 2009. V. 47, N 2. P. 95.
9. Huttunen K. E. J., Koskinen H.E.J., Pulkkinen T.I., et al. April 2000 magnetic storm: solar wind driver and magnetospheric response // J. Geophys. Res. 2002. V. 107, N A12. P. 1440. DOI:https://doi.org/10.1029/2001JA009154.
10. Lin R.L., Zhang X.X., Liu S.Q., et al. A three-dimensional asymmetric magnetopause model // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. A04207. DOI:https://doi.org/10.1029/2009JA014235.
11. Lui A.T.Y. Current controversies in magnetospheric physics // Rev. Geophys. 2001. V. 39. P. 535-564.
12. O’Brien T.P., McPherron R.L. Seasonal and diurnal variation of Dst dynamics // J. Geophys. Res. 2002. V. 107, N A11. DOI:https://doi.org/10.1029/2002JA009435.
13. Parkhomov V.A., Borodkova N.L., Dmitriev A.V., et al. The role of solar wind pressure jumps in the initiation and control processes of magnetospheric substorms // Geomagnetism and Aeronomy. 2011. V. 51, N 7. P. 979-993. DOI: 10.1134/ S0016793211070176.
14. Rouillard A.P., Sheeley N.R. Jr., Cooper T.J., et al. The solar original of small interplanetary transients // Astrophys. J. 2011. V. 734, 10 p. DOI:https://doi.org/10.1088/0004-637X/734/1/7.
15. Schwenn R., Dal Lago A., Huttunen E., Gonzalez W.D. The association of coronal mass ejections with their effects near the Earth // Ann. Geophys. 2005. V. 23. P. 1033-1059.
16. Sergeev V., Nishimura Y., Kubyshkina M., et al. Magnetospheric location of the equatorward prebreakup arc // J. Geophys. Res. 2012. 117. A01212. DOI:https://doi.org/10.1029/2011JA017154.
17. Svalgaard L.J., Wilcox W., Duvall T.L. A model combining the solar magnetic field // Solar Phys. 1974. V. 37. P. 157.
18. Tagirov V.R., Arinin V.A., Meng C.I., et al. Comparison of two substorm onsets on the basis of coordinated ground-satellite observations // Fourth International Conference on Substorms (ICS-4). 1998. P. 339-342.
19. Torr M.R., Torr D.G., Zukic M., et al. A far ultraviolet imager for the International Solar-Terrestrial Physics Mission // Space Sci. Rev. 1995. V. 71, iss. 1-4. P. 329-383.
20. Wang Y.M., Sheeley N.R., Rich N.B. Coronal pseudostreamers // Astrophys. J. 2007. V. 685. P. 1340.
21. Zhou X., Tsurutani B.T. Rapid intensification and propagation of the dayside aurora: large scale interplanetary pressure pulses (fast shocks) // Geophys. Res. Lett. 1999. V. 26, N 8. P. 1097-1100. DOI:https://doi.org/10.1029/1999GL900173.
22. Zhou X., Tsurutani B.T. Interplanetary shock triggering of nightside geomagnetic activity: substorms, pseudobreakups and quiescent events // J. Geophys. Res. 2001. V. 106, N А9. P. 18,957-18,967. DOI:https://doi.org/10.1029/2000JA003028.
23. Zhou X.-Y., Strangeway R.J., Anderson P.C., et al. Shock aurora: FAST and DMSP observations // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, N A4. 8019. DOI:https://doi.org/10.1029/2002JA009701.
24. Zhou X.-Y., Fukui K., Carlson H. C., et al. Shock aurora: ground-based imager observations // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. A12216. DOI:https://doi.org/10.1029/2009JA014186.
25. Zhou X.-Y., Zhou X.-Z., Angelopolus V., et al. Interplanetary shock-induced current sheet disturbances leading to auroral activations: THEMIS observations // J. Geophys. Res. 2013. V. 118. P. 3173-3187. DOI:https://doi.org/10.1002/jgra.50175.
26. URL: http://cdaweb.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/eval2.cgi (дата обращения 26 апреля 2017 г.).
27. URL: http://bdm.iszf.irk.ru (дата обращения 26 апреля 2017 г.).
28. URL: http://cdaw.gsfc.nasa.gov/CME_list (дата обращения 26 апреля 2017 г.).
29. URL: http://www.obsebre.es/en/rapid (дата обращения 26 апреля 2017 г.).
30. URL: http://cdaweb.sci.gsfc.nasa.gov/cdaweb/istp_public (дата обращения 26 апреля 2017 г.).
31. URL: http://aurora.phys.ucalgary.ca/cgi-bin/rio (дата обращения 26 апреля 2017 г.).
