Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Москва, Россия
Москва, Россия
Москва, Россия
Осло, Норвегия
Москва, Россия
В настоящей работе проведено исследование мелкомасштабной структуры поляризационного джета в субавроральной области во время геомагнитной бури 20 апреля 2018 г. Представлены результаты измерений параметров плазмы внутри поляризационного джета с максимальной частотой опроса 1 кГц с помощью зондов Ленгмюра, установленных на микроспутнике NorSat-1. В результате исследования установлено наличие неоднородностей температуры и концентрации электронов внутри поляризационного джета с пространственными размерами десятки — сотни метров. Подтверждены известные ранее особенности развития поляризационного джета, а также обнаружено, что в рассмотренном случае с развитием геомагнитной активности распределение температуры электронов внутри джета разделяется на два ярко выраженных пика.
поляризационный джет, субавроральная ионосфера, геомагнитная активность, спутниковые данные
1. Бондарь Е.Д., Халипов В.Л., Степанов А.Е. Характеристики поляризационного джета по измерениям на субавроральных станциях Якутск и Подкаменная Тунгуска // Солнечно-земная физика. 2005. № 8. С. 143-144.
2. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988. 528 с.
3. Гальперин Ю.И., Пономарев В.Н., Зосимова А.Г. Прямые измерения скорости дрейфа ионов в верхней ионосфере во время магнитной бури. I. Вопросы методики и некоторые результаты измерений в магнитно-спокойное время // Космические исследования. 1973а. Т. 11, № 2. С. 273-283.
4. 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. 1973б. Т. 11, № 2. С. 284-296.
5. Гальперин Ю.И., Кранье Ж., Лисаков Ю.В. и др. Диффузная авроральная зона. I. Модель экваториальной границы диффузной зоны вторжения авроральных электронов в вечернем и околополуночном секторах // Космические исследования. 1977. Т. 15, № 3. С. 421-434.
6. Гальперин Ю.И., Сивцева Л.Д., Филиппов В.М., Халипов В.Л. Субавроральная верхняя ионосфера. Новосибирск: Наука, 1990. 192 с.
7. Иевенко И.Б., Халипов В.Л., Алексеев В.Н., Степанов А.Е. Динамика ионизации слоя F2 в области диффузного сияния и SAR-дуги во время суббурь // Геомагнетизм и аэрономия. 2001. Т. 41, № 5. С. 642-649.
8. Котова Д.С., Захаренкова И.Е., Клименко М.В. и др. Формирование ионосферных неоднородностей в Восточно-Сибирском регионе во время геомагнитной бури 27-28 мая 2017 г. // Химическая физика. 2020. Т. 39, № 4. С. 80-92. DOI:https://doi.org/10.31857/S0207401X20040093.
9. Степанов А.Е., Голиков И.А., Попов В.И. и др. Структурные особенности субавроральной ионосферы при возникновении поляризационного джета // Геомагнетизм и аэрономия. 2011. Т. 51, № 5. С. 643-649.
10. Степанов А.Е., Халипов В.Л., Голиков И.А., Бондарь Е.Д. Поляризационный джет: узкие и быстрые дрейфы субавроральной ионосферной плазмы. Якутск, 2017. 172 c.
11. Степанов А.Е., Кобякова С.Е., Халипов В.Л. Наблюдение быстрых субавроральных дрейфов ионосферной плазмы по данным Якутской меридиональной цепочки станций // Солнечно-земная физика. 2019а. Т. 5, № 4. С. 73-79. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-54201908.
12. Степанов А.Е., Халипов В.Л., Кобякова С.Е., Котова Г.А. Результаты наблюдений дрейфов ионосферной плазмы в области поляризационного джета // Геомагнетизм и аэрономия. 2019б. Т. 59, № 5. С. 578-581. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016794019050134.
13. 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.
14. 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. 2016а. T. 56, № 2. С. 187-193. DOI:https://doi.org/10.7868/S0016794016020085.
15. Халипов В.Л., Степанов А.Е., Котова Г.А. и др. Вертикальные скорости дрейфа плазмы при наблюдении поляризационного джета по наземным доплеровским измерениям и данным дрейфометров на спутниках DMSP // Геомагнетизм и аэрономия. 2016б. Т. 56, № 5. С. 568-578. DOI:https://doi.org/10.7868/S0016794016050060.
16. Anderson P.C., Heelis R.A., Hans W.B. The ionospheric signatures of rapid subauroral ion drifts // J. Geophys. Res. 1991. Vol. 96, no. A4. P. 5785-5792. DOI:https://doi.org/10.1029/90JA02651.
17. Anderson P.C., Hanson W.B., Heelis R.A., et al. A proposed production model of rapid subauroral ion drifts and their relationship to substorm evolution // J. Geophys. Res. 1993. Vol. 98, no. A4. P. 6069-6078. DOI:https://doi.org/10.1029/92JA01975.
18. Anderson P.C., Carpenter D.L., Tsuruda K., et al. Multisatellite observations of rapid subauroral ion drifts (SAID) // J. Geophys. Res. 2001. Vol. 106, no. A12. P. 29585-29599. DOI:https://doi.org/10.1029/2001JA000128.
19. Benkova N.P., Kozlov E.F., Samorokin N.I., et al. Two-dimensional snapshots of electron density in the main trough and diffuse auroral zone from a close network of ionosondes: Comparison with measurements from AUREOL-3 satellite // The Results of the ARCAD-3 Project and of the Recent Programmes in Magnetospheric and Ionospheric Physics. Trans. of Intern. Symp. Toulouse, May 1984. Toulouse: СNES, Cepadues-Editions, 1985. P. 855-878.
20. Burke W.J., Maynard N.C., Hagan M.P., et al. Electrodynamics of the inner magnetosphere observed in the dusk sector by CRRES and DMSP during the magnetic storm of June 4-6, 1991 // J. Geophys. Res. 1998. Vol. 103, iss. A12. P. 29399-29418. DOI:https://doi.org/10.1029/98JA02197.
21. Figueiredo S., Karlsson E., Marklund G. Investigation of subauroral ion drifts and related field-aligned currents and ionospheric Pedersen conductivity distribution // Ann. Geophys. 2004. Vol. 22. P. 923-934. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-22-923-2004.
22. Foster J.C., Burke W.J. SAPS: A new categorization for subauroral electric fields // EOS Trans. AGU. 2002. Vol. 83. P. 293-294. DOI:https://doi.org/10.1029/2002EO000289.
23. Foster J.C., Vo H.B. Average characteristics and activity dependence of the subauroral polarization stream // J. Geophys. Res. 2002. Vol. 107, no. A12, 1475. DOI:https://doi.org/10.1029/2002JA009409.
24. Foster J.C., Park C.G., Brace L.H., et al. Plasmapause signatures in the ionosphere and magnetosphere // J. Geophys. Res. 1978. Vol. 83, no. A3. P. 1175-1182. DOI:https://doi.org/10.1029/JA083iA03p01175.
25. GalperinYu.I. Polarization jet: characteristics and a model // Ann. Geophys. 2002. Vol. 20, no. 3. P. 391-404. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-20-391-2002.
26. Galperin Yu.I., Ponomarev V.N., Zosimova A.G. Plasma convection in the polar ionosphere // Ann. Geophys. 1974. Vol. 30, no. 1. P. 1-7.
27. He F., Zhang X.-X., Chen B. Solar cycle, seasonal, and diurnal variations of subauroral ion drifts: Statistical results // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2014. Vol. 119. P. 5076-5086. DOI:https://doi.org/10.1002/2014JA019807.
28. He F., Zhang X.-X., Wang W., Chen B. Double-peak subauroral ion drifts (DSAIDs) // Geophys. Res. Lett. 2016. Vol. 43. P. 5554-5562. DOI:https://doi.org/10.1002/2016GL069133.
29. Hoang H., Clausen L.B.N., Røed K., et al. The Multi-Needle Langmuir Probe System on Board NorSat-1 // Space Sci. Rev. 2018. Vol. 214, iss. 4, 75. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-018-0509-2.
30. Jacobsen K.S., Pedersen A., Moen J.I., Bekkeng T.A. A new Langmuir probe concept for rapid sampling of space plasma electron density // Measurement Science and Technology. 2010. Vol. 21, iss. 8, 085902. DOI:https://doi.org/10.1088/0957-0233/21/8/085902.
31. Karlsson E., Marklund G., Blomberg L., Malkki A. Subauroral electric fields observed by Freja satellite: A statistical study // J. Geophys. Res. 1998. Vol. 103. P. 4327-4341. DOI:https://doi.org/10.1029/97JA00333.
32. Khalipov V.L., GalperinYu.I., Stepanov A.E., Bondar’ E.D. Formation of polarization jet during injection of ions into the inner magnetosphere // Adv. Space Res. 2003. Vol. 31, no. 5. P. 1303-1308.
33. Koustov A.V., Drayton R.A., Makarevich R.A., et al. Observations of high-velocity SAPS-like flows with the King Salmon SuperDARN radar // Ann. Geophys. 2006. Vol. 24. P. 1591-1608. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-24-1591-2006.
34. MacDonald E.A., Donovan E., Nishimura Yu., et al. New science in plain sight: Citizen scientist lead to the discovery of optical structure in the upper atmosphere // Sci. Adv. 2018. Vol. 4, no. 3. DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0030.
35. Maynard N.C. On large poleward directed electric fields at subauroral latitudes // Geophys. Res. Lett. 1978. Vol. 5, no. 7. P. 617-618.
36. Maynard N.C., Aggson T.L., Heppner J.P. The plasmaspheric electric field as measured by ISEE-1 // J. Geophys. Res. 1983. Vol. 88, no. A5. P. 3981-3990.
37. Mishin E.V. Interaction of substorm injections with the subauroral geospace: Multispacecraft observations of SAID // J. Geophys. Res. 2013. Vol. 118, no. A9. P. 5782-5796. DOI:https://doi.org/10.1002/jgra.50548.
38. Mishin E.V., Puhl-Quinn P.A., Santolik O. SAID: A turbulent plasmaspheric boundary layer // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37, N L07106. DOI:https://doi.org/10.1029/2010GL042929.
39. Mishin E.V., Nishimura Yu., Foster J. SAPS/SAID revisited: A causal relation to the substorm current wedge // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2017. Vol. 112, iss. 8, P. 8516-8535. DOI:https://doi.org/10.1002/2017JA024263.
40. Mott-Smith H.M., Langmuir I. The theory of collectors in gaseous discharges // Phys. Rev. 1926. Vol. 28, iss. 4. P. 727-763. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRev.28.727.
41. Newell P.T., Gjerloev J.W. Evaluation of SuperMAG auroral electrojet indices as indicators of substorms and auroral power // J. Geophys. Res. 2011. Vol. 116, no. A12211. DOI:https://doi.org/10.1029/2011JA016779.
42. Nose M., Iyemori T., Sugiura M., Kamei T. Geomagnetic Dst-index // World Data Center for Geomagnetism, Kyoto. 2015. DOI:https://doi.org/10.17593/14515-74000.
43. Rowland D.E., Wygant J.R. Dependence of the large-scale, inner magnetospheric electric field on geomagnetic activity // J. Geophys. Res. 1998. Vol. 103, no. A7. P. 14959-14964.
44. Seran E., Frey H.U., Fillingim H., et al. Demeter high resolution observations of the ionospheric thermal plasma response to magnetospheric energy input during the magnetic storm of November 2004 // Ann. Geophys. 2008. Vol. 25, iss. 12. P. 2503-2511. DOI: fhttps://doi.org/10.5194/angeo-25-2503-2007f.
45. Spiro R.W., Heelis R.A., Hanson W.B. Rapid subauroral ion drifts observed by Atmosphere Explorer C // Geophys. Res. Lett. 1979. Vol. 6, iss. 8. P. 657-660. DOI:https://doi.org/10.1029/GL006 i008p00657.
46. Wang H., Lühr H., Ritter P., Kervalishvili G. Temporal and spatial effects of subauroral polarization streams on the thermospheric dynamics // J. Geophys. Res. 2012. Vol. 117, no. A11. DOI:https://doi.org/10.1029/2012JA018067.
47. Wei D., Yu Y., Ridley A.J., et al. Multi-point observations and modeling of subauroral polarization streams (SAPS) and double-peak subauroral ion drifts (DSAIDs): A case study // Adv. Space Res. 2019. Vol. 63. P. 3522-3535. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.02.004.
48. URL: http://tid.uio.no/plasma/norsat (дата обращения 11 мая 2020 г.).
49. URL: http://wdc.kugi.kyotou.ac.jp (дата обращения 11 мая 2020 г.).
50. URL: http://supermag.jhuapl.edu/info (дата обращения 11 мая 2020 г.).
