с 01.01.1975 по 01.01.2021
Иркутск, Иркутская область, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Факультет космических наук и инженерии, Национальный Центральный Университет, Тайвань
Москва, Россия
Москва, Россия
Паратунка, Камчатский край, Россия
Улан-Батор, Монголия
Соданкюля, Финляндия
УДК 53 Физика
Представлены результаты исследования движения от источника на Солнце до поверхности Земли диамагнитной структуры (ДС) солнечного ветра, представляющей собой последовательность микроДС меньших масштабов, которые являются частью коронального выброса массы 18.05.2013. ДС, определяемая по высокому отрицательному коэффициенту корреляции между модулем ММП и концентрацией СВ на спутниках АСЕ и Wind (r=–0.9) вблизи точки Лагранжа, на околоземной орбите на спутниках ТНВ и ТНС (r=–0.9) и на спутнике ТНА внутри магнитосферы, переносится от Солнца солнечным ветром до орбиты Земли с сохранением своей тонкой внутренней структуры. Имея большой размер в радиальном направлении (≈763Rᴇ, где Rᴇ — радиус Земли), ДС обтекает магнитосферу. В то же время микроДС, имея размеры ≤13Rᴇ, проходит через головную ударную волну и магнитопаузу в виде замагниченного плазмоида. При этом концентрация ионов в плазмоиде возрастает от 10 см⁻³ до 90 см⁻³, а его скорость падает при движении в хвост магнитосферы. При переходе ДС через магнитопаузу генерируется импульсное электрическое поле величиной ~400 мВ/м с последующими колебаниями с периодом Т~200 c и амплитудой ~50 мВ/м. Электрическое поле ускоряет частицы радиационного пояса и вызывает модулированные потоки протонов в диапазоне энергий 95–575 кэВ на дневной стороне магнитосферы и электронов 40–475 кэВ и протонов 95–575 кэВ на ночной. На вечерней стороне магнитосферы (19–23 MLT) наблюдается суббуревая активизация геомагнитных пульсаций и полярных сияний, но без отрицательной магнитной бухты. В послеполуночном секторе (01–05 MLT) наблюдается sawtooth-суббуря без предварительной фазы и брейкапа с глубокой модуляцией ионосферного тока и аврорального поглощения. Длительность всех явлений в магнитосфере и на Земле определяется временем взаимодействия ДС с магнитосферой (~4 ч). Для интерпретации закономерностей магнитосферного отклика на взаимодействие с ДС рассматриваются альтернативные модели импульсного прохождения ДС из СВ в магнитосферу и классическая модель пересоединения ММП и геомагнитного поля.
диамагнитная структура, замагниченный плазмоид, импульсное прохождение внутрь магнитосферы, пилообразная суббуря
1. Гульельми А.В. МГД-волны в околоземной плазме. М.: Наука, 1979. С. 70.
2. Ермолаев Ю.И., Николаева Н.С., Лодкина И.Г., Ермолаев М.Ю. Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра для периода 1976-2000 гг. Космические исследования. 2009. Т. 47, № 2. C. 99-113.
3. Еселевич М.В., Еселевич В.Г. Cпорадические потоки плазмы и их источники в период чрезвычайной активности Солнца с 26 октября по 6 ноября 2003 г. Космические исследования. 2004. Т. 42, № 6. C. 595-607.
4. Еселевич М.В., Еселевич В.Г. Фрактальная структура гелиосферного плазменного слоя на орбите Земли. Геомагнетизм и аэрономия. 2005. Т. 45, № 3. C. 347-358.
5. Мишин В.В. О потоке волновой энергии в магнитосферу под действием пульсаций давления солнечного ветра. Исслед. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Новосибирск: Наука, 1996. Вып. 104. C. 182-185.
6. Пархомов В.А., Бородкова Н.Л., Еселевич В.Г. и др. Особенности воздействия диамагнитной структуры солнечного ветра на магнитосферу Земли. Солнечно-земная физика. 2017. Т. 3, № 4. C. 47-62. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-3420170544.
7. Пархомов В.А., Еселевич В.Г., Еселевич М.В. и др. Классификация магнитосферных откликов на взаимодействие с диамагнитными структурами медленного солнечного ветра. Солнечно-земная физика. 2020. Т. 6. № 4, С. 26-41. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-64202004.
8. Рахманова Л.С., Рязанцева М.О., Застенкер Г.Н. Прохождение структур солнечного ветра через магнитослой по данным двух аппаратов THEMIS. Космические исследования. 2015. Т. 53, № 5. С. 363-373. DOI:https://doi.org/10.7868/S0023 420615040081.
9. Хесс В.Н. Радиационный пояс и магнитосфера. М.: Атомиздат, 1972. 352 с.
10. Akasofu S.-I. Auroral Substorms: Search for Processes Causing the Expansion Phase in Terms of the Electric Current Approach. Space Sci Rev. 2017. Vol. 212. P. 341-381. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-017-0363-7.
11. Belakhovsky V., Pilipenko V., Engebretson M., et al. Impulsive disturbances of the geomagnetic field as a cause of induced currents of electric power lines. Journal of Space Weather and Space Climate. 2019. Vol. 9, no. A18. P. 2-19. DOI:https://doi.org/10.1051/swsc/2019015.
12. Dmitriev A.V., Suvorova A.V. Large-scale jets in the magnetosheath and plasma penetration across the magnetopause: THEMIS observations. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. Vol. 120, iss. 6. DOI:https://doi.org/10.1002/2014JA020953.
13. Echim M.M., Lemaire J.F. Laboratory and numerical simulations of the impulsive penetration mechanism. Space Sci. Rev. 2000. Vol. 92. Р. 56-601.
14. Gjerloev J.W. The SuperMAG data processing technique. J. Geophys. Res. 2012. Vol. 117, A09213. DOI: 10.1029/ 2012JA017683.
15. Gunell H., Nilsson H., Stenberg G., et al. Plasma penetration of the dayside magnetopause. Phys. Plasmas. 2012. Vol. 19, no. 7, 072906. DOI:https://doi.org/10.1063/1.4739446.
16. Heikkila W.J. Initial condition for plasma transfer events. Earth's Low-Latitude Boundary Layer. Ed. by P.T. Newell, T. Onsager. Washington: AGU, 2003. P. 157-168. (Geophysical Monograph Ser. Vol. 113). DOI:https://doi.org/10.1029/133gm16.
17. Hsu T.-S., McPherron R.L. An evaluation of the statistical signatures of the association between northward turnings of the interplanetary magnetic field and substorm expansion onset. J. Geophys. Res. 2002. Vol. 107, no. A11, 1389. DOI:https://doi.org/10.1029/2000JA000125.
18. Keika K., Nakamura R., Baumjohann W., et al. Substorm expansion triggered by a sudden impulse front propagating from the dayside Magnetopause. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2009. Vol. 114, iss. A1. DOI:https://doi.org/10.1029/2008JA013445.
19. Kessel R.L., Mann I.R., Fung S.F., et al. Correlation of Pc5 wave power inside the magnetosphere during high speed streams. Ann. Geophys. 2004. Vol. 22, iss. 2. Р. 629-641. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-22-629-2004.
20. Klibanova Yu.Yu., Mishin V.V., Tsegmed B., Moiseev A.V. Properties of daytime long-period pulsations during magnetospheric storm commencement. Geomagnetism and Aeronomy. 2016. Vol. 56, no. 4. P. 426-440. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016793216 040071.
21. Kokubun S., McPherron R., Russell C. Triggering of substorms by solar wind discontinuities. J. Geophys. Res. 1977. Vol. 82, no. 1. P. 74-86. DOI:https://doi.org/10.1029/JA082i001p00074.
22. Koskinen H.E.J., Lopez R.E., Pulkkinen R.I., et al. Pseudobreakup and substorm growth phase in the ionosphere and magnetosphere. J. Geophys. Res. 1993. Vol. 98. P. 5801-5814. DOI:https://doi.org/10.1029/92JA02482.
23. Lemaire J. Impulsive penetration of filamentary plasma elements into the magnetospheres of the Earth and Jupiter. Planet. Space Sci. 1977. Vol. 25. P. 887-890. DOI: 10.1016/ 0032-0633(77)90042-3.
24. Lemaire J. Plasmoid motion across a tangential discontinuity (with application to the magnetopause). J. Plasma Phys. 1985. Vol. 33, no. 3. P. 425-436.
25. Liou K., Newell P.T., Meng C.-I., et al. Investigation of external triggering of substorms with Polar ultraviolet imager observations. J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108, no. A10, 1364. DOI:https://doi.org/10.1029/2003JA009984.
26. Maynard N.C., Farrugia C.J., Ober D.M., et al. Cluster observations of fast shocks in the magnetosheath launched as a tangential discontinuity with a pressure increase crossed the bow shock. J. Geophys. Res. 2008. vol. 113, A10212. DOI:https://doi.org/10.1029/2008JA013121.
27. Meurant M., Gerard J.C., Blockx C., et al. Comparison of intense nightside shock-induced precipitation and substorm activity. J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110, iss. A7, A07228. DOI:https://doi.org/10.1029/2004JA010916.
28. Mishin V.V., Tsegmed B., Klibanova Y.Y., Kurikalova M.A. Burst geomagnetic pulsations as indicators of substorm expansion onsets during storms. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2020. Vol. 125, iss. 10, e2020JA028521. DOI:https://doi.org/10.1029/2020JA028521.
29. Parkhomov V.А., Borodkova N.L., Eselevich V.G., et al. Solar wind diamagnetic structures as a source of substorm - like disturbances. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018. Vol. 181. P. 55-67. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2018.10.010.
30. Potapov A.S., Polyushkina T.N. Experimental evidence for direct penetration of ULF waves from the solar wind and their possible effect on acceleration of radiation belt electrons. Geomagnetism and Aeronomy. 2010. Vol. 50, no. 8. P. 950-957. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016793210080049.
31. 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. Vol. 23. P. 1033-1059. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-23-1033-2005.
32. Shadrina L.P., Starodubtsev S.A. Manifestation of interplanetary schock in geomagnetic storms and substorms. Physics of Auroral Phenomena, Proc. XXXIX Annual Seminar. Apatity, 2016. P. 23-26. DOI:https://doi.org/10.22323/1.236.0111.
33. Troshichev O.A., Stauning P., Liou K., et al. Saw-tooth substorms: Inconsistency of repetitive bay-like magnetic disturbances with behavior of aurora. Adv. Space Res. 2011. Vol. 47. P. 702-709. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2010.09.026.
34. Voitcu G., Echim M. Transport and entry of plasma clouds/jets across transverse magnetic discontinuities: three-dimensional electromagnetic particle-in-cell simulations. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2016. Vol. 121. P. 4343-4361. DOI:https://doi.org/10.1002/2015JA021973.
35. Yahnin A.G., Sergeev V.A., Bösinger T., et al. Correlated Interball/ground-based observations of isolated substorm. Ann. Geophys. 2001. Vol. 19. P. 687-698. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-19-687-2001.
36. URL: https://cdaw.gsfc.nasa.gov/CME_list/catalog_ description.htm (дата обращения 20 ноября 2020 г.).
37. URL: https://satdat.ngdc.noaa.gov/sem/goes/data/new_avg (дата обращения 20 ноября 2020 г.).
38. URL: http://cdaweb.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/eval2.cgi (дата обращения 20 ноября 2020 г.)
39. URL: http://www.obsebre.es/en/rapid (дата обращения 20 ноября 2020 г.).
40. URL: http://supermag.jhuapl.edu/mag (дата обращения 20 ноября 2020 г.).
41. URL: http://carisma.ca/carisma-data/fgm-pi2-dbase (дата обращения 20 ноября 2020 г.).
42. URL: www.intermagnet.org (дата обращения 20 ноября 2020 г.).
43. URL: https://cdaweb.sci.gsfc.nasa.gov/cdaweb/istp_public (дата обращения 20 ноября 2020 г.).
44. URL: https://www.sgo.fi/Data/Riometer/rioData.php (дата обращения 20 ноября 2020 г.).
