Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина
Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород, Нижегородская область, Россия
Нижний Новгород, Нижегородская область, Россия
Нижний Новгород, Нижегородская область, Россия
ГРНТИ 37.15 Геомагнетизм и высокие слои атмосферы
ОКСО 05.06.01 Науки о земле
ББК 223 Физика
ТБК 6134 Электричество и магнетизм. Физика плазмы
Выполнен анализ явлений, сопровождающих событие синхронной ночной ионосферной и геомагнитной возмущенности в УНЧ-диапазоне с периодами 35–50 мин в районе среднеширотной станции Казань в глобально-магнитоспокойное время. Сопоставление динамических спектров и вейвлет-картин изучаемой возмущенности показало совпадающие спектральные особенности одновременных возмущений критической частоты слоя F2 и H-, D-, Z-компонент геомагнитного поля. Принадлежность рассматриваемых возмущений к классу быстрых магнитозвуковых волн установлена изучением спектральных особенностей критической частоты слоя F2 над Казанью и возмущений H- и D-компонент геомагнитного поля на магнитных станциях, отличающихся от Казани по долготе и широте. Анализ параметров солнечного ветра, межпланетного магнитного поля (ММП) и значений аврорального индекса AL в рассматриваемом временном интервале показал, что изучаемое событие связано с возмущенностью Bz-компоненты ММП и происходит в условиях развития суббури.
возмущения ионосферы, возмущения геомагнитного поля, межпланетное магнитное поле, суббуря, магнитогидродинамические возмущения
ВВЕДЕНИЕ
Одной из важных задач исследования ионосферной и геомагнитной возмущенности является установление естественных и искусственных источников волн магнитогидродинамической (МГД) природы. К настоящему времени известно, что магнитосфера Земли является природным резонатором для альвеновских, быстрых (БМЗ) и медленных магнитозвуковых (ММЗ) волн [Гульельми, Троицкая, 1973]. Распространение альвеновских и ММЗ-волн привязано к геомагнитному полю и при их отражении от проводящей ионосферы в магнитосфере возникают стоячие МГД-волны. Источниками этих волн в магнитосфере Земли может быть быстрый магнитный звук. В свою очередь, БМЗ-волны могут проникать в магнитосферу из солнечного ветра (СВ) или генерироваться неустойчивостью Кельвина—Гельмгольца на магнитопаузе при обтекании потоком СВ [Мишин, Томозов, 2014]. Скорость распространения МГД-возмущений в магнитосфере может изменяться в пределах от сотен до тысяч километров в секунду. С подобными колебаниями в настоящее время связывают геомагнитные пульсации — ультранизкочастотные (УНЧ) периодические магнитосферные возмущения, частотный диапазон которых составляет от 1 мГц до 5 Гц.
Появление МЗ-волн в магнитосферно-ионосферной среде часто связывают с развитием геомагнитной бури. Например, в работе [Vorontsova et al., 2016] на фазе восстановления сильной магнитной бури были обнаружены геомагнитные пульсации диапазона Pc5, во время которых по GPS-данным было отмечено увеличение полного электронного содержания (ПЭС) на высоте слоя F2. Авторы высказали предположение, что за одновременные плазменные и геомагнитные возмущения может быть ответственна МЗ-волна. Однако возбуждение МГД-волн в магнитосфере и проводящих слоях ионосферы необязательно может быть связано с развитием глобальных геомагнитных возмущений. Например, авторами работ [Бархатова и др., 2009; Barkhatova et al., 2015] были обнаружены волны МЗ-типа, генерируемые восточным электроджетом и землетрясениями большой магнитуды. При этом наряду с возмущениями геомагнитного поля в УНЧ-диапазоне отмечались синхронные возмущения в проводящем слое F2 ионосферы.
Основной целью настоящего исследования является анализ явлений, сопровождающих событие синхронной ночной ионосферной и магнитной возмущенности, отмеченное в глобально-магнитоспо-койное время по минутным данным среднеширотной станции Казань. Рассматриваемое явление имело кратковременный характер и наблюдалось в течение 50 мин в частотном диапазоне от 0.5 до 1 мГц (периоды 15–30 мин), т. е. в области УНЧ-колебаний. Отмеченная синхронизация дает основания полагать, что обнаруженные возмущения имеют МЗ-природу. Для определения характерных параметров этих ионосферных и магнитных возмущений были использованы методы динамического и спектрального вейвлет-анализа, достаточные для установления диапазона частот и моментов их синхронизации. В моменты возникновения рассматриваемой МЗ-возму-щенности в районе ст. Казань изучены вариации геомагнитного поля на станциях, удаленных от нее по долготе и широте. С целью поиска причин рассматриваемой возмущенности во время ее регистрации выполнен анализ внемагнитосферных процессов, включающих изменения динамики компонент ММП, скорости и концентрации протонов в СВ. Определена связь обнаруженной ионосферной и магнитной возмущенности с суббуревой активностью, определяемой по значениям AL-индекса.
1. Бархатов Н.А., Воробьев В.Г., Ревунов С.Е., Ягодкина О.И. Проявление динамики параметров солнечного ветра на формирование суббуревой активности // Геомагнетизм и аэрономия. 2017. Т. 57, № 3. С. 251-256.
2. Бархатова О.М., Бархатов Н.А., Григорьев Г.И. Обнаружение магнитогравитационных волн в ионосфере по анализу максимально наблюдаемых частот на трассах наклонного зондирования // Изв. вузов. Радиофизика. 2009. Т. 52, № 10. С. 761-778.
3. Белаховский В.Б., Пилипенко В.А., Самсонов С.Н. Иррегулярные Pi3 пульсации и их связь с потоками заряженных частиц в магнитосфере и ионосфере. Proc. XXXVIII Annual Seminar “Physics of Auroral Phenomena”. Apatity. 2015. P. 71-74.
4. Воробьев В.Г., Ягодкина О.И., Зверев В.Л. Исследование изолированных суббурь: условия генерации и характеристики различных фаз // Геомагнетизм и аэрономия. 2016. Т. 56, № 6. С. 721-732. DOI:https://doi.org/10.7868/S001679401606016X.
5. Гульельми А.В., Троицкая В.А. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы. М.: Наука, 1973. C. 208.
6. Мишин В.В., Томозов В.М. Проявления неустойчивости Кельвина-Гельмгольца в атмосфере солнца, солнечном ветре и магнитосфере земли // Солнечно-земная физика. 2014. Вып. 25. С. 10-20.
7. Barkhatova O.M., Barkhatov N.A., Kosolapova N.V. Distribution of magnetogravity waves during strong earthquakes (M>6.5) preparation periods // Geomagnetism and Aeronomy. 2015. V. 55, N 3. P. 369-377.
8. Henderson M.G., Reeves G.D., Belian R.D., Murphree J.S. Observations of magnetospheric substorms occurring with no apparent solar wind/IMF trigger // J. Geophys. Res. 1996. V. 101, N A5. P. 10773-10792.
9. Lyons L.R. Substorms: Fundamental observational features, distinction from other disturbances, and external triggering // J. Geophys. Res. 1996. V. 101, N A6. P. 13011-13026. DOI:https://doi.org/10.1029/95JA01987.
10. McPherron, R. L., Russell C. T., Aubry M.P. Satellite studies of magnetospheric substorms on August 15, 1968: 9. Phenomenological model for substorms // J. Geophys. Res. 1973. V. 78, N 16. P. 3131-3149.
11. Morley S.K., Freeman M.P. On the association between northward turnings of the interplanetary magnetic field and substorm onsets // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34, L08104. DOI:https://doi.org/10.1029/2006GL028891.
12. Vorontsova E., Pilipenko V., Fedorov E., et al. Modulation of total electron content by global Pc5 waves at low latitudes // Adv. Space Res. 2016. N. 57. P. 309-319.
