Москва, Россия
Факультет космических наук и инженерии, Национальный Центральный Университет, Тайвань
Москва, Россия
В работе представлены результаты статистического исследования спорадических возрастаний потоков электронов с энергией >30 кэВ на низких дрейфовых оболочках в зоне квазизахвата на геомагнитном экваторе. По данным низковысотных спутников NOAA/POES и MetOp был создан каталог событий с возрастаниями потоков квазизахваченных в запрещенной зоне электронов (forbidden energetic electrons, FEE) за 1998–2023 гг. Статистический анализ событий FEE выявил солнечно-циклическую, а также сезонную и суточную вариации в появлении возрастаний FEE. Исследована корреляция годовой частоты событий FEE с солнечной активностью, параметрами солнечного ветра и геомагнитной активностью. Обнаружены сильные корреляционные связи между событиями FEE и индексом F10.7 солнечной активности (поток радиоизлучения), а также с альфвеновским числом Маха MA (параметр солнечного ветра). Предложена интерпретация полученных результатов на основе механизма электрического дрейфа и радиального транспорта электронов из внутреннего радиационного пояса Земли в зону квазизахвата (L<1.2). Ключевым фактором действия механизма является эффективное проникновение электрического поля на низкие широты при возникновении значительной разницы проводимостей высокоширотной ионосферы в освещенном и неосвещенном секторах местного времени в условиях ослабления авроральной активности.
внутренний радиационный пояс, квазизахваченные электроны, солнечно-земные связи
1. Голубков М.Г., Суворова А.В., Дмитриев А.В. и др. Статистический анализ возрастаний потоков энергичных электронов в низкоширотной ионосфере по данным спутников NOAA/POES и MetOp с 1998 по 2022 год. Хим. физика. 2024. Т. 43. (В печати).
2. Савенко И.А., Шаврин П.И., Писаренко Н.Ф. Низкоэнергичные частицы на высоте 320 км на широтах вблизи экватора. Искусственные спутники Земли. 1962. № 3. С. 75–80.
3. Asikainen T., Mursula K. Filling the South Atlantic anomaly by energetic electrons during a great magnetic storm. Geophys. Res. Lett. 2005. Vol. 32. L16102. DOI:https://doi.org/10.1029/2005 GL023634.
4. Borovsky J.E., Birn J. The solar wind electric field does not control the dayside reconnection rate. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2014. Vol. 119. P. 751–760. DOI:https://doi.org/10.1002/2013JA019193.
5. Borovsky J.E., Yakymenko K. Substorm occurrence rates, substorm recurrence times, and solar wind structure. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2017. Vol. 122. P. 2973–2998. DOI:https://doi.org/10.1002/2016JA023625.
6. Clette F. Is the F10.7cm — sunspot number relation linear and stable? J. Space Weather Space Clim. 2021. Vol. 11, iss. 5. Art. 2. DOI:https://doi.org/10.1051/swsc/2020071.
7. Dmitriev A.V., Yeh H.-C. Storm-time ionization enhancements at the topside low-latitude ionosphere. Ann. Geophys. 2008. Vol. 26. P. 867–876.
8. Evans D.S. Dramatic increases in the flux of >30 keV electrons at very low L-values in the onset of large geomagnetic storms. EOS Trans. 1988. Vol. 69, iss. 44. P. 1393.
9. Evans D.S., Greer M.S. Polar Orbiting Environmental Satellite Space Environment Monitor – 2: Instrument descriptions and archive data documentation. 2006. available from NGDC: http://ngdc.noaa.gov/stp/satellite/poes/documentation.html (дата обращения 25 апреля 2024 г.).
10. Gusev A., Kohno T., Martin I., et al. Injection and fast radial diffusion of energetic electrons into the inner magnetosphere. Planet. Space Sci. 1995. Vol. 43. P. 1131–1134.
11. Heikkila W.J. Soft particle fluxes near the equator. J. Geophys. Res. 1971. Vol. 76. P. 1076–1078.
12. Hua M., Li W., Ma Q., et al. Modeling the electron enhancement and butterfly pitch angle distributions on L shells <2.5. Geophys. Res. Lett. 2019. Vol. 46. P. 10967–10976. DOI:https://doi.org/10.1029/2019GL084822.
13. Hui D., Vichare G. Variable responses of equatorial ionosphere during undershielding and overshielding conditions. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2019. Vol. 124. P. 1328–1342. DOI:https://doi.org/10.1029/2018JA025999.
14. Imhof W.L., Gaines E.E., Reagan J.B. Dynamic variations in intensity and energy spectra of electrons in the inner radiation belt. J. Geophys. Res. 1973. Vol. 78. P. 4568–4576. DOI:https://doi.org/10.1029/ja078i022p04568.
15. Kudela K., Matisin J., Shuiskaya F.K., et al. Inner zone electron peaks observed by the “Active” satellite. J. Geophys. Res. 1992. Vol. 97. P. 8681–8683.
16. Lejosne S., Mozer F.S. Typical values of the electric drift E×B/B2 in the inner radiation belt and slot region as determined from Van Allen Probe measurements. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2016. Vol. 121. P. 12014–12024. DOI: 10.1002/ 2016JA023613.
17. Lejosne S., Fedrizzi M., Maruyama N., et al. Thermospheric neutral winds as the cause of drift shell distortion in Earth’s inner belt. Front. Astron. Space Sci. 2021. Vol 8. Art. 725800. DOI:https://doi.org/10.3389/fspas.2021.725800.
18. Lejosne S., Fejer B., Maruyama N., et al. Radial transport of energetic electrons as determined from the “zebra stripes” measured in the Earth’s inner belt and slot region. Front. Astron. Space Sci. 2022. Vol. 9. Art. 823695. DOI:https://doi.org/10.3389/fspas.2022.823695.
19. Liu L., Chen Y. Statistical analysis of solar activity variations of total electron content derived at Jet Propulsion Laboratory from GPS observations. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2009. Vol. 114. A10311. DOI:https://doi.org/10.1029/2009JA014533.
20. Paulikas G.A. Precipitation of particles at low and middle latitudes. Rev. Geophys. Space Phys. 1975. Vol. 13, iss. 5. P. 709–734.
21. Pinto O., Pinto R.C.A., Gonzalez W.D., et al. About the origin of peaks in the spectrum of inner belt electrons. J. Geophys. Res. 1991. Vol. 96. P. 1857–1860. DOI:https://doi.org/10.1029/90JA02383.
22. Sauvaud J.A., Moreau T., Maggiolo R., et al. High-energy electron detection onboard DEMETER: The IDP spectrometer description and first results on the inner belt. Planet. Space Sci. 2006. Vol. 54. P. 502–511.
23. Selesnick R.S., Su Y.-J., Blake J.B. Control of the innermost electron radiation belt by large-scale electric fields. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2016. Vol. 121. P. 8417–8427. DOI:https://doi.org/10.1002/2016JA022973.
24. Selesnick R.S., Su Y.-J., Sauvaud J.A. Energetic electrons below the inner radiation belt. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2019. Vol. 124. P. 5421–5440. DOI:https://doi.org/10.1029/2019JA026718.
25. Su Y.-J., Selesnick R.S., Blake J.B. Formation of the inner electron radiation belt by enhanced large-scale electric fields. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2016. Vol. 121. P. 8508–8522. DOI:https://doi.org/10.1002/2016JA022881.
26. Sun W., Yang J., Wang W., et al. Archimedean spiral distribution of energetic particles in Earth’s inner radiation belt. Geophys. Res. Lett. 2024. Vol. 51. e2023GL106859. DOI:https://doi.org/10.1029/2023GL106859.
27. Suvorova A.V. Flux enhancements of >30 keV electrons at low drift shells L<1.2 during last solar cycles. J. Geophys Res.: Space Phys. 2017. Vol. 122. P. 12274–12287. DOI: 10.1002/ 2017JA024556.
28. Suvorova A.V., Dmitriev A.V. Radiation aspects of geomagnetic storm impact below the radiation belt. Cyclonic and Geo-magnetic Storms: Predicting Factors, Formation and Environmental Impacts. New York: NOVA Science Publishers, 2015. P. 19–76.
29. Suvorova A.V., Tsai L.C., Dmitriev V.A. On relation between mid-latitude ionospheric ionization and quasi-trapped energetic electrons during 15 December 2006 magnetic storm. Planet. Space Sci. 2012. Vol. 60. P. 363–369. DOI: 10.1016/ j.pss.2011.11.001.
30. Suvorova A.V., Dmitriev A.V., Tsai L.-C., et al. TEC evidence for near-equatorial energy deposition by 30 keV electrons in the topside ionosphere. J. Geophys. Res. 2013. Vol. 118. P. 4672–4695. DOI:https://doi.org/10.1002/jgra.50439.
31. Suvorova A.V., Huang C.-M., Matsumoto H., et al. Low-latitude ionospheric effects of energetic electrons during a recurrent magnetic storm. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2014. Vol. 119. P. 9283–9302. DOI:https://doi.org/10.1002/2014JA020349.
32. Suvorova A.V., Dmitriev A.V., Parkhomov A.V., et al. Quiet time structured Pc1 waves generated during transient foreshock. J. Geophys Res.: Space Phys. 2019. Vol. 124. P. 9075–9093. DOI:https://doi.org/10.1029/2019JA026936.
33. Tadokoro H., Tsuchiya F., Miyoshi Y., et al. Electron flux enhancement in the inner radiation belt during moderate magnetic storms. Ann. Geophys. 2007. Vol. 25. P. 1359–1364.
34. Takagi S., Nakamura T., Kohno T., et al. Observation of space radiation environment with EXOS-D. IEEE Trans. Nucl. Sci. 1993. Vol. 40, iss. 6. P. 1491–1497.
35. Tanaka Y., Nishino M., Iwata A. Magnetic storm-related energetic electrons and magnetospheric electric fields penetrating into the low-latitude magnetosphere (L~1.5). Planet. Space Sci. 1990. Vol. 38, iss. 8. P. 1051–1059.
36. URL: https://omniweb.gsfc.nasa.gov/ (дата обращения 25 апреля 2024 г.).
37. URL: https://ngdc.noaa.gov/stp/satellite/poes/dataaccess (дата обращения 25 апреля 2024 г.).
38. URL: https://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/aeasy/index.html (дата обращения 25 апреля 2024 г.).
